Генеративный дизайн — революция в 3D печати?

Подписаться на 3Dtoday
imprinta
Идет загрузка
Загрузка
12.03.19
2634
19
печатает на Hercules Strong 2017
3D-моделирование
14
Статья относится к принтерам:
Hercules 2018 Hercules Strong 2017 Hercules Strong DUO
PREVIEW
Как вы думаете, захватят ли роботы мир? Уже сегодня и совсем рядом с вами создаются удивительные и абсолютно новые предметы, конструкции которых намного легче и эффективнее. И дело тут не в гениальности человеческого разума, а в гениальности искусственного интеллекта.

Итак. Генеративный дизайн.

До недавнего времени о генеративном дизайне мы знали очень и очень мало, но тот кто ищет всегда найдет… И вот мы пригласили кандидата технических наук, преподавателя СФУ и эксперта в техническом проектировании - Дениса Вавилова, который любезно рассказал и показал нам все, что знает о генеративном дизайне в нашем новом вебинаре. Спасибо, Денис! ;)
102d62de99f10fc1b44e171d0981ab27.png
Что вы ведите на этой фотографии? Как вы думаете, какой вес может выдержать эта конструкция? Не внушает доверия, правда?
2267a2526624427ca3a706cbca8631f4.png
Но погодите! Ваш мозг вас просто обманывает! И мы уверены в своих словах, ведь искусственный интеллект создал их все и провел испытания для каждой из конструкций.

Эта удивительная методология появилась еще в 1960-м году. На тот момент не существовало технологий, которые позволили бы снизить металлоемкость проектируемых изделий. Но наука не стоит на месте. И с приходом вычислительного моделирования, компьютерных технологий и методов конечных элементов ученые пришли к тому, что появился совершенно новый математический инструмент, который позволяет проанализировать напряженно деформированное состояние самих деталей.

Зная это состояние мы можем уменьшить - или вовсе исключить! - неэффективные материалы. Все эти знания ученые сложили в целую систему - и назвали ее «топологической оптимизацией».

Почему понять эти принципы так важно? Именно на этот математический аппарат опирается генеративный дизайн.
ee9ac751767deaa0647a711b0e94dbf2.png
Довольно часто генеративный дизайн сравнивают с биологическим дизайном. Взгляните, это действительно похоже на какой-то совершенно удивительный скелет или переплетения ветвей деревьев.

Настоящая конкуренция с природой!

Постойте! А чем же топологическая оптимизация отличается от генеративного дизайна?

Топологическая оптимизация - это метод проектирования изделий, направленный на повышение прочностных характеристик при существенном уменьшении массы изделия. Мы получаем одно единственное решение - самый оптимальный вариант на основе существующей модели. Математика не врет!

В генеративном дизайне другой подход. В программе задаются ограничивающие условия, описание модели и присутствует процесс «генерации», где мы получаем не одно единственное решение, а несколько. Искусственный интеллект выбирает то, что он считает оптимальным. Изучая огромный набор параметров, компьютеры, стараются выявить те, что человек, скорее всего упустит из-за своей невнимательности при разработке. Человеку лишь остается выбрать, какая из разработок компьютера является самой подходящей.

Главным толчком в развитии генеративного дизайна стала 3D печать металлом. Но металл - это ооочень дорого. Однако, наука не стоит на месте и уже разработаны особо прочные композиционные материалы, которые могут стать достойной альтернативой.

Такие решения чаще используют в сферах, где важно сэкономить каждый грамм: космические аппараты, авиастроение, инновационное машиностроение. Другая смежная задача — экономия дорогих материалов (сложные сплавы, редкие металлы). Генеративный подход в проектировании позволяет некоторым компаниям тратить на 30-50% меньше материала.

▶ Софт
Слава науке! Но как воплотить все это в жизнь? Нужно ли специальное образование? Где и какие курсы пройти?
На российском рынке пока не представлено ПО для генеративного дизайна. Зато можно выбрать из того, что предлагают наши западные коллеги.

- Solid Edge
Оптимизация производится в несколько шагов, без необходимости тонких настроек: загрузить «болванку», указать отверстия и места приложения нагрузки, задать требуемую долю снижения массы и запас прочности. Полученная деталь может быть напрямую отправлена в печать или доработана штатными средствами Solid Edge.

- NX
Универсальная комплексная система для проектирования. В рабочее пространство помещается деталь подлежащая оптимизации, к ней присоединяются другие, которые не будут затронуты процессом, но участвуют во взаимодействии. Указание креплений и приложенных нагрузок производится именно в рамках сборки.

- Autodesk Fusion 360
Платформа для проектирования, инженерных расчетов и подготовки к производству на станках с ЧПУ — CAD/CAE/CAM. В максимальной подписке, которая называется Ultimate, доступен модуль Advanced Simulation. Он отвечает за моделирование деформаций, работу с анизотропными материалами и оптимизацию топологии — Shape optimization.
Огромным преимуществом (и недостатком одновременно) является то, что вся работа происходит в облаке, поэтому оборонным предприятиям придется подыскать другой софт.

При оформлении пробной версии вам на счет упадет 300 кредитов (1 кредит=1 доллар). Для того, чтобы запустить в облаке расчет генеративного дизайна потребуется 25 кредитов (читай 25 долларов), где вам предоставят до 10 различных материалов.

Дальше. Чтобы выгрузить готовую деталь потребуется 100 кредитов. Имея на счету 300 кредитов вы можете выгрузить максимум 2 модели.

Попробовали. Понравилось. Стоимость полной версии вам обойдется в 450 долларов в год и отдельная оплата кредитов в облаке.

Программа достаточно простая, поэтому с ней легко справится новичок в генеративном дизайне.

- ANSYS Mechanical
Позволяет моделировать деформацию конструкций под нагрузкой, рассчитывать влияние вибраций и возникновение резонансов. Для проведения автоматизированной топологической оптимизации необходимо импортировать модель-заготовку детали, указать точки крепления и приложения нагрузок, задать граничные условия, такие как минимальная толщина. Возможно моделирование как традиционных материалов, так и анизотропных — композиты, 3D-печатные детали.
0feabdef27cf772da8c33f9525eb1188.png
- Altair OptiStruct
Компьютерная технология топологической оптимизации проектов и разработки сложных ячеистых/решетчатых структур для 3D-печати. Входит в программный комплекс Altair HyperWorks. OptiStruct позволяет проводить анализ напряженно-деформированного состояния решетчатых структур, анализ на растяжение-сжатие, сдвиг, изгиб, кручение, оценивать усталостные характеристики. С помощью этой программы инженер может определить наилучшее распределение материала и самые эффективные зоны для построения решетчатых/ячеистых структур. Система сама определяет, где в конструкции нужен плотный материал, где ячеистый, а где можно обойтись без укрепления.

- Autodesk Within
Программный комплекс, призванный помочь в проектировании объектов с оптимизированным для облегчения веса дизайном, создания решетчатых структур, расчета прочности. Специально для 3D-печати.

▶ Что по применению?

Компьютер – не человек, он не требует прихода вдохновения. Он просто делает. И тем он лучше нас.

Само программное обеспечение можно регулировать, задавая определенные параметры для создаваемой конструкции. Например, инженер может поставить задачу создать легкий, надежный и недорогой вариант. В свою очередь компьютер создаст десятки тысяч вариантов, из которых выберет единственный – соответствующий всем критериям.

Когда инженерам Airbus потребовалось снизить расходы топлива для лайнеров, они решили снизить вес самолетов, облегчив внутренние перегородки. Генеративный алгоритм предложил вариант конструкции перегородки, который выглядел как набор случайных осей. Однако такая конструкция соответствовала всем требованиям: снижала вес отдельных модулей самолёта до 45%, сохраняя прочность всей системы.
b3596d1769f1bb42a4f5406df303fad0.png
Даже NASA участвует в этом, делая легче свой аппарат для миссий на Юпитер и Сатурн. При помощи генеративного дизайна Autodesk смогла уменьшить вес ног посадочного модуля на 35%.
257ecb3e4171936b1049ac62d7dbb8c2.png
Чем глубже погружаешься в тему, тем сильнее генеративный дизайн захватывает!

Поэтому мы решили создать свой вариант синтеза генеративного дизайна и аддитивных технологий.

Мы напечатали (угадайте чтоооо?) стойку антикрыла автомобиля.

Эти стойки напечатаны из углеродонаполненного ABS, и мы установим их на автомобиль, прикрепим антикрыло и будем разгоняться, пока не отвалится! В лучших традициях Импринты)
0c852fb9d63b33f2dde1681a398505c8.png
a3c9f5a5db9ce3e6b887e675f4eaae1c.png
Реальные стойки отличаются от тех, что вы видите на скриншотах, так как эти расчеты делались для алюминия.
70ea4b4c3eab9b6b7b037e1e3b8ff43a.png
Повторимся, что напечатана стойка из материала Formax - это ABS наполненного углеродным волокном. В чем его особенность? Мы спросили у Дмитрия Миллера, исполнительного директора REC3D:

У данного материала есть два важных преимущества:
1. Углеродное волокно добавляет изделию прочность
2. У любых полимеров есть термоусадка, которая создает внутреннее напряжение для 3d печати, которая снижает ее прочность. Наличие в составе углеродного волокна снижает эффект термоусадки практически до 0, поэтому модель получается прочнее, чем из чистых полимеров.
Это позволяет внедрять в производство новые инструменты и технологии.

Так, с пластиком разобрались. Что там дальше?

А дальше мы проверим, выдержат ли напечатанные стойки расчетную нагрузку на самом деле. Испытания будут проводиться в полевых условиях (на гоночной трассе). Скорость автомобиля - 200 км/ч.

Хотите узнать, что из этого получилось? Оторвет ли стойку? Прилетит ли эта стойка в голову нашему оператору?

Уже скоро выйдет 2 серия влога, где мы все подробно расскажем и покажем)
Подписывайтесь на канал, чтобы ничего не пропустить.

Подводя итог, хочется сказать, что генеративный дизайн уже позволяет создавать предметы, вошедшие в наш с вами быт, например, ремни безопасности, детали для мотоциклов и т.д. То, что создал компьютер путем проб и ошибок – не сможет реализовать ни один человек в мире.

Генеративный дизайн в паре с 3D-печатью дает возможность создавать конструкции, которые ранее создать было невозможно.

Полную версию вебинара вы можете посмотреть тут.
Также регистрируйтесь на наши новые вебинары и вступайте в группу ВК и подписывайтесь на наш Инстаграм:)
Подписаться на 3Dtoday
14
Комментарии к статье

Комментарии

12.03.19 в 15:34
0
Ну ребята, позавчерашние новости из 2015 года выдавать ((((

Это уже не революция, это уже внедряется в серийное производство.
13.03.19 в 04:49
1
Не все даже про это знают, а вы говорите внедряется.
13.03.19 в 06:35
0
Может быть потому что Россия нищая и отсталая страна которая занимает менее 2% от общемирового рынка аддитивных технологий?
13.03.19 в 10:29
0
да, возможно поэтому)

Тем не менее, для нас 2% это все таки целевая аудитория и данный портал ориентирован на нее. И тк есть люди, которые не знакомы с некоторыми переводовыми технологиями, статья для них будет новой и полезной )
13.03.19 в 19:08
0
Как мило , не зря говорят , что у котла с русскими смотрящих нет , они сами следят , что бы ни кто не выбрался. А когда следить не за кем - сами себя дерьмецом любят обмазать .
Ни в коем случае не собираюсь оспаривать наше отставание от ВЕДУЩИХ стран , но самообсирание некоторых соседей по стране вызывает отторжение .
13.03.19 в 19:40
0
Может это просто трезвый взгляд? Мы действительно нищая и отсталая страна, и сидим на самом дне очередной промышленной революции. Бегать с флагом смотрите мы напечатали то что уже у всех пользователей и так есть, женератив дизайн уже базовая функция во многих редакторах.

А потом удивляемся как это у нас во всей стране 2000 автомобилей, а генри форд за день в пять раз больше выпускает.
13.03.19 в 07:38
3
Как я и опасался и высказывался на семинарах и презентациях: неправильная схема нагружения приводит к разрушению "оптимизированной" детали, не учел нагрузку от севшего мотылька (утрирую) - фарш.
13.03.19 в 08:58
1
Самое сложное - сделать "правильную" схему нагружения....
Например при ветровой нагрузке, которая может меняться на 360 градусов, да еще иметь вертикальную составляющую, да еще аэродинамическое сопротивление растяжек и дополнительных элементов....
В результате вместо классического кронштейна под ванты в 36 кг весом мы имеем дегенеративный кронштейн весом 360 грамм, который обломится как только растяжка начнет резонировать из-за турбулентности ветровой нагрузки...
Одно дело - гоночный мотоцикл, где каждый грамм важен, а надежность - вторична.
Другое дело - "рабочая лошадка", которой ездить по дорогам и подвергаться риску случайных повреждений от неправильного вождения, плохой дороги и тп.
13.03.19 в 09:21
1
от неправильного вождения, плохой дороги и тп.
Вот-вот, а ещё никто не застрахован от нагрузки "...нули об пол, пока везли"
13.03.19 в 09:00
1
Кроме как на выставках этот генеративный дизайн больше нигде пока в промышленности не применяется.
13.03.19 в 09:23
0
Перегородка между пассажирским салоном и креслом стюардов в Airbus-е или Boeing-е, не припомню точно.
14.03.19 в 03:17
0
Этот дизайн выгодно продвигать тем, кто выпускает принтеры с лазерным спеканием. А программы расчета, а особенно зарубежные - я лично им не доверяю.
Кто считает Россию отсталой страной, это не правильно, Россия много по каким направлениям опережает весь мир.
Лазеры - 30% от общемирового, Атомная отрасль - безусловный лидер, Космическая отрасль, Сплавы металлов.

А для понимания расчетов, что то я не припомню чтобы американцы смогли сделать сплавы для своих самолетов, ракет и т.д.
13.03.19 в 13:30
2
У любых полимеров есть термоусадка, которая создает внутреннее напряжение для 3d печати, которая снижает ее прочность. Наличие в составе углеродного волокна снижает эффект термоусадки практически до 0, поэтому модель получается прочнее, чем из чистых полимеров.
А про отжиг инженеры не слышали? Вот такие фразы сразу говорит об уровне участвующих в проекте. Без обид. Углеволокно играет другую роль, формируя вместо пластика композит, где углепластик является матрицей, а пластик - связующий. Поэтому она и прочнее, а не потому что усадка 0.
И даже этот композит надо подвергать отжигу, что повысит не только прочность, но и ресурс.Это нужно делать для любых конструктивных элементов. Я писал по этому поводу.
На фото трещина, которая образовалась от внутреннего напряжения, которое возникло при отливке в ТПА.
4b0d0d479a917f1c291ab127eaf6753e.jpg
13.03.19 в 13:43
0
Да, в тексте допущена ошибка нашим маркетологом - вывод некорректен.
13.03.19 в 17:04
0
Хочу отметить, что мне не нравится чисто визуально этот самый генеративный дезайн. Для меня это выглядит некрасиво, неаккуратно. Я люблю, когда квадратиш, практиш, гууд.
13.03.19 в 18:15
1
Не стоит забывать, что софт даёт рекомендации, а не делает детали. Мне с избытком хватило общения с представителями msc, по поводу их софта. На все мои вопросы они ответили, что генеративный дизайн и топологическая оптимизация, это cam а не cad, и все косяки, ошибки и прочее будут на совести конструктора. Софт просто даёт подсказку, и использовать именно его детали - глупо. Подумать головой ещё никто не отменял. Да, и до кучи, искусственного интеллекта пока ещё не существует. Процессор просто подбирает решения подходящие под тупые запросы оператора.
14.03.19 в 11:23
0
Возможно я не в курсе, но я чего-то не слышал о РЕАЛЬНОМ появлении искусственного интеллекта это раз.
Все модели представленные на фото очень сильно напоминают СТИЛЬ "ВОРОНОЙ" не более.
И собственно - ЛИЧНО Я не увидел вообще ТЕСТА. Извините но - "мы сделали стойки и поехали кататься" это хрень какая-то. Извольте изготовить НЕСКОЛЬКО деталей, какие-то в вашем дизайне, какие-то в обычном. Только тогда это будет тест.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

НИТУ «МИСиС» открывает образовательную программу Integrated PhD

Переводим Лазерный гравер на 32 бита - с ARDUINO NANO на STM32 Blue pill.

BESTFILAMENT: пора купить новую резину!

Thales Alenia Space запускает серийную 3D-печать спутниковых деталей

Товар недели PLA Ecofil

PETG