Design Generativo Desmistificado: Insights Essenciais para Engenheiros e Designers

Avanços no design digital

Ferramentas de design e simulação digital mudaram a forma como engenheiros e designers trabalham. Nas últimas décadas, essas ferramentas tornaram-se mais rápidas e ricas em recursos à medida que o poder computacional ficou mais barato e acessível. Grandes problemas que rodavam em supercomputadores ou clusters de alto desempenho cinco a dez anos atrás agora rodam no seu laptop.

Ao mesmo tempo, cientistas da computação construíram algoritmos e esquemas de otimização, como aprendizado de máquina e inteligência artificial, que podem processar grandes conjuntos de dados e resolver problemas complexos com milhares a milhões de variáveis.

Cada vez mais, empresas de software de engenharia estão integrando funcionalidade de design generativo em pacotes CAD base ou oferecendo como add-on simples. Em outros casos, ferramentas de design generativo e otimização topológica são integradas em pacotes de simulação.

Pacotes de simulação normalmente oferecem mais controles e ajustes que add-ons CAD, mas também exigem certo nível de especialização que vem com a execução de pacotes de elementos finitos. Houve melhorias significativas nesses programas, nos quais usuários fornecem feedback para torná-los melhores e mais úteis.

O que é design generativo?

Embora muitos engenheiros tenham acesso a ferramentas de design generativo, nem sempre sabem o que é design generativo ou para que usá-lo. O design generativo combina três disciplinas diferentes — design, simulação e otimização — para criar uma simulação paramétrica supercarregada que considera milhares a milhões de graus de liberdade.

Na prática, um designer começa com um espaço em branco e o computador trabalha para preencher material apenas onde é necessário. O computador define o ótimo (um de um conjunto de soluções muito boas) em vez do ótimo absoluto (a melhor solução absoluta) para seu conjunto de entradas.

O design generativo não pode produzir a solução ótima absoluta porque esquemas de otimização não podem fornecer certeza sobre a qualidade de qualquer design particular em comparação a todos os outros designs possíveis.

Benefícios do design generativo

Mesmo que o design generativo possa não produzir o resultado ótimo, ele fornece novas formas mais eficientes de trabalhar. Antes desta tecnologia, você precisaria selecionar alguns parâmetros e criar um design de experimentos (DOE) que testasse o desempenho da peça através dessas variáveis. Esta abordagem é poderosa, mas requer muito tempo para preparar modelos, extrair resultados e concluir sobre a melhor solução.

Alternativamente, você poderia fazer pequenas melhorias incrementais num design existente para otimizar um conjunto de características; isso pode levar menos tempo, mas depende da suposição de que o design inicial já está próximo do ótimo.

É aqui que o design generativo brilha. Ele produz um bom candidato de design para o engenheiro em pouco tempo. Este ganho de eficiência pode ser usado para trabalhar mais rápido ou para explorar o espaço de design e analisar soluções fora dos conceitos tradicionais de engenharia.

Quando você olha para uma peça de design generativo realmente boa, ela costuma ser impressionante por sua forma abstrata que ainda mantém elementos lógicos de design.

Limitações do design generativo

É importante entender o que o design generativo não faz. O design generativo nunca substituirá engenheiros de design. Os modelos de design resultantes são tão bons quanto os esquemas de otimização, que estão melhorando mas não são perfeitos.

Por exemplo, tome o caso de fusão a laser de leito de pó metálico (L-PBF) onde a necessidade de suportes pode tornar uma peça difícil ou até impraticável de fabricar em escala.

A maioria dos programas de design generativo não considera como a peça será fabricada, então engenheiros ainda devem usar princípios de design para manufatura aditiva (DFAM) para criar uma peça melhor que reduza ou elimine a necessidade de suportes, processo que requer entendimento detalhado do processo de manufatura. Num ambiente de produto, essas considerações têm implicações no custo e rendimento da peça.

Implicações do design generativo

Dada a crescente popularidade do design generativo, como será o futuro? Primeiro, ferramentas de design generativo podem ajudar engenheiros de design a chegar à solução de 80% muito mais rápido. Mais adiante, esta tecnologia servirá engenheiros ainda melhor à medida que suportar sistemas mais complexos, como impacto dinâmico e peças em contato.

Para colher esses benefícios, engenheiros de design precisarão desenvolver habilidades para usar ferramentas de design digital competentemente. As linhas entre design e engenheiros de análise/simulação continuarão a se tornar difusas à medida que esses tipos de ferramentas se tornarem mais disponíveis e impulsionarem ciclos de desenvolvimento de produto.

Se você tem interesse em aproveitar o design generativo para seu próximo projeto, os especialistas da Fast Radius podem ajudar. Nossos engenheiros são especialistas em design digital, simulação e otimização, e ficamos felizes em discutir suas necessidades.

Entre em contato para saber mais, e confira nosso centro de recursos para informações sobre as mais recentes tecnologias de manufatura.

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