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Design generativo e o futuro da fabricação inteligente

O design generativo, aliada a manufatura aditiva, é uma excelente ferramenta para desenvolver projetos mais leves e ousados. Veja como projetar novas peças utilizando-se de recursos de inteligência artificial e machine learning.
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Design generativo e o futuro da fabricação inteligente

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Imagine que você possa produzir algo até hoje quase impossível de ser imaginado, combinando funcionalidade, beleza, benefícios e assim mesmo, de acordo com especificações mecânicas inerentes ao projeto. Tudo isso de maneira simplificada, assistidos por inteligência artificial.

O design generativo é uma ferramenta de software que permite que engenheiros e projetistas abordem problemas de design de maneiras mais inovadoras e eficientes. Os algoritmos de design generativo exploram todas as soluções de design possíveis, definindo objetivos e restrições, oferecendo aos engenheiros inúmeras opções para explorar.

Embora ainda seja recente, o design generativo mostrou um potencial notável para aplicações industriais, particularmente quando aliada à impressão 3D. Juntos, o design generativo e a impressão 3D podem alcançar mais flexibilidade de design, enquanto criam peças mais leves e resistentes.

O que é design generativo?

O design generativo aproveita o machine learning para imitar a abordagem evolucionária da natureza ao design. Designers ou engenheiros inserem parâmetros de design (como materiais, tamanho, peso, resistência, métodos de fabricação e restrições de custo) no software de design generativo e o software explora todas as combinações possíveis de uma solução, gerando rapidamente centenas ou até milhares de opções de design. A partir daí, os designers ou engenheiros podem filtrar e selecionar os resultados para melhor atender às suas necessidades.

O vídeo abaixo exemplifica o conceito e funcionamento do design generativo.

Como criar um design generativo

1. Definir parâmetros
O projetista especifica e define os parâmetros para o projeto da peça, com base em parâmetros como peso, material, tamanho, custo, resistência e métodos de fabricação.
 
2. Gerar designs
O software de design generativo usa algoritmos para explorar e gerar milhares de opções de design. Nesse estágio, o software também pode usar algoritmos alimentados por Inteligência Artificial para analisar cada projeto e estabelecer os projetos mais eficientes.
 
3. Selecione as melhores opções
O designer pode então estudar as opções geradas e selecionar os resultados que melhor atendem ao objetivo do design.

Para determinar a geometria do projeto, os algoritmos de projeto generativo podem usar uma variedade de abordagens diferentes, como otimização da topologia, biomimética e morfogênese.

A principal diferença entre essas abordagens é que os algoritmos de otimização da topologia normalmente começam com um projeto pré-existente e removem o material dele para reduzir o peso da peça.

A biomimética e a morfogênese, em contraste, imitam a abordagem evolucionária da natureza ao design, como o crescimento de raízes e galhos em árvores ou a evolução de estruturas ósseas, usando isso para gerar opções de design.

Os benefícios do design generativo

Aliados aos recursos da impressão 3D, os benefícios podem ser expandidos para incluir menores custos de fabricação e maior produtividade. As principais vantagens:

Opções de projeto inovadoras

O software de projeto generativo pode produzir geometrias que vão além do que os humanos podem conceber, aumentando assim as capacidades humanas no projeto do produto.

Alívio de peso

As ferramentas de projeto generativas fornecem aos engenheiros os recursos para criar peças mais leves e funcionais, usando a quantidade mínima de material necessária, ao mesmo tempo que cumprem os requisitos de engenharia.

Unificação da peça

O projeto generativo pode fornecer soluções para consolidar sub montagens em uma única peça. A unificação de peças simplifica o processo de montagem, manutenção e pode reduzir os custos gerais de fabricação.

Por que o design generativo é um ajuste perfeito para impressão 3D?

O software de design generativo ajuda a conceituar peças com formas orgânicas complexas. A impressão 3D, por outro lado, talvez seja a tecnologia ideal para dar vida a essas formas, uma vez que não só é capaz de criar geometrias complexas, mas também de maneira econômica. Com a fabricação tradicional, a produção desses formatos podem muitas vezes ser inviável devido aos altos custos ou às limitações da tecnologia.
 
No entanto, seria enganoso afirmar que o design generativo é limitado apenas à manufatura aditiva, embora em muitos casos a tecnologia seja o método de produção mais ideal. Com alguns pacotes de software de design generativos, você pode especificar métodos de fabricação como usinagem CNC, fundição ou moldagem por injeção, além de manufatura aditiva. 

Os 7 passos definitivos para criação de design para manufatura aditiva (DfAM)

Exemplos de software de design generativo para impressão 3D

Embora o mercado de software de design generativo seja novo, já existem vários pacotes de software disponíveis para manufatura aditiva e subtrativa. Confira. 

Autodesk Generative Design

A Autodesk está na vanguarda do desenvolvimento de projetos generativos. A empresa lançou sua plataforma Autodesk Generative Design, incorporada ao software de desenvolvimento de produtos Fusion 360 Ultimate baseado em nuvem.

O software permite que os engenheiros definam parâmetros de projeto como material, tamanho, peso, resistência, métodos de fabricação e restrições de custo. Notavelmente, o software usa algoritmos baseados em IA, que ajudam a filtrar projetos válidos entre uma variedade de opções de projeto. O software também leva em conta a capacidade de fabricação, permitindo que os projetistas selecionem até dez materiais de manufatura aditiva diferentes para estudar o projeto.

A Autodesk possui um curso online sobre esse tema que explora os fundamentos da criação de geometria e a mudança de mentalidade necessária para construir um projeto generativo.

Acesse o curso “Projeto Generativo para Manufatura aditiva”

Frustum GENERATE

A Frustum, uma jovem empresa fundada em 2014, que está procurando se tornar uma empresa competiviva no campo do design generativo. A oferta da empresa é o software GENERATE – um programa intuitivo para a criação de componentes com topologia otimizada para manufatura aditiva, fresamento e fundição. GENERATE é uma plataforma baseada em nuvem, disponível em três níveis: Gratuito, Profissional e Corporativo.

No GENERATE, o usuário atribui valores específicos de carga e restrição às faces de uma peça. O programa, movido pelo motor de design generativo TrueSOLIDⓇ de Frustum, então gera um mapa de análise de elemento finito (FEA) de concentrações de tensão. Com este mapa, os usuários podem fazer modificações na geometria da peça, principalmente para reduzir a quantidade de material desnecessário em sua estrutura. O modelo pode ser salvo no formato STL e está pronto para ser impresso em 3D.

A Frustum anunciou uma parceria com a Siemens e, atualmente, a tecnologia está comercialmente licenciada para o software Siemens PLM e integrada ao Siemens NX e Siemens SolidEdge. 

Design generativo na prática

Embora os produtos com design generativos estejam longe de se tornarem populares, eles representam uma grande promessa para indústrias de alto valor como aeroespacial, automotiva e médica. Para serem as primeiras a colher os benefícios de produtos projetados de forma generativa e manufaturados de forma aditiva, algumas empresas desses setores já começaram a investigar a combinação de ambos.

No setor médico, o design generativo pode ser usado para criar implantes que reproduzem a natureza porosa do osso humano . NuVasive, uma empresa médica com sede nos Estados Unidos, usa seu software proprietário de otimização de projeto para criar implantes de titânio. O software permite projetos reticulados, assimétricos e leves, que só são possíveis com a manufatura aditiva.

Projeto gerador de implante de titânio NuVasive
Implante de titânio impresso em 3D da NuVasive produzido com a ajuda de design generativo [Fonte: NuVasive]

O futuro do design generativo

Exemplos de design generativo sendo usados ​​em todos os setores estão se tornando mais comuns, à medida que a tecnologia é cada vez mais integrada aos fluxos de trabalho de design de produto. Embora ainda seja uma tecnologia relativamente nova, ela já oferece aos engenheiros uma maneira inteiramente nova de ver o design do produto.
 
Embora a Inteligência Artificial e o machine learning tenham sido responsáveis ​​por grande parte do progresso recente na tecnologia de design generativo, a manufatura aditiva também desempenhou um papel fundamental na adoção de software de design generativo. Com mais avanços em aprendizado de máquina, recursos de computação em nuvem e manufatura aditiva, espera-se que a tecnologia de design generativa siga em frente, tornando-se um fator chave no futuro da manufatura.

Artigo baseado em informações da AMFG.

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