A költségcsökkentés az egyik legvonzóbb előnye a generatív designt alkalmazó gyártói ágazatnak. A geometriában minden egyes megspórolt négyzetmilliméternyi térfogat csökkentheti a költségeket, és ha ezt a globális gyártásra és logisztikára vetítjük, az eredmény meghökkentő lehet. A generatív designnal általában 20%-40%-os alapanyag megtakarítást érhetünk el.
A technológia azonban nem csak a jelentős változtatásokról, vagy a végső megvalósítás átformálásáról szól. Gondoljunk arra a példára, amikor az Airbus kicserélt egy válaszfalat, hogy bizonyítsa a koncepció létjogosultságát. Az olyan alacsony költségű fejlesztési technikákkal, mint a 3D nyomtatott prototípusok, egyetlen szerszám vagy rögzítőelem újragondolása a gyártósoron fokozatos javulást eredményezhet egy már alkalmazott munkafolyamatban is. Egyetlen siker elég lehet, hogy a tervezők még nagyobb projektbe fogjanak, ami a teljes üzletág átalakulását is elhozhatja.
A folyamatokat már a kezdetektől, beépített, költségkalkulátorok is segítik. A Fusion 360 tartalmaz egy olyan jelentési eszközt, amely a különböző anyagok alapján becsüli meg a költségeket. Ezeket grafikonon ábrázolja, hogy könnyen áttekinthető legyen, hogyan változik a költség a mennyiség függvényében. De hogyan nyújthat segítséget a generatív design a meglévő területeken, mint az additív gyártás, forgácsolás, szerelés, vagy az öntészet?
Generatív design és az additív gyártás
A generatív design és az additív gyártás rendkívül jól illeszkednek egymáshoz. Összetett geometriák készíthetők minimális többletköltséggel. Emiatt az additív gyártás jól alkalmazható a generatív tervezésű alkatrészekhez. Valójában az additív gyártásból a legtöbbet a generatív design-nal lehet kihozni, amellyel bonyolult, darabok hozhatók létre. Ezek általában kis tömegű, de nagy szilárdságú tárgyak. Az ilyen típusú geometriák előállításának egyik legelőnyösebb módja az additív gyártási módszerek alkalmazása.
A hagyományos esztergálási és CNC-eljárások gyakran nem képesek az ilyen szerkezetek által megkövetelt apró részletességre, ami az additív eljárásokat még inkább alkalmassá teszi a technológia megvalósítására. Hasonlóképpen, a klasszikus CAD-környezetekben modellezett tervezési lehetőségek sem használják ki eléggé az additív gyártás által elérhető részletesség előnyeit.
A 3D nyomtató például bármilyen olcsó anyagból képes digitális modell alapján előállítani gyártási, vagy bemutató prototípusokat. A felhasználó terméket annyiszor finomíthatja és újranyomtathatja, ahányszor csak szükséges, és amikor a termék készen áll a gyártásra, ugyanazok a digitális eszközök implementálhatóak a gyártási folyamatba.
Az alacsony költségű fejlesztési technikákkal, mint például a prototípusok 3D-s nyomtatása, egyetlen alkatrész vagy eszköz újragondolása a gyártósoron jelentősen javíthatja a kialakult munkafolyamatot.
Generatív design és az alkatrész számának csökkentése
Az ipari formatervezés és gyártás két évszázada a gyártási ágazatban rengeteg szabványos gyártmányt eredményezett, melyből más konstrukciókat állíthatunk össze. Ez a legjobb darabok kiválasztását igényli, amiből létrehozható a termék, ahelyett, hogy minden gyártmány új, egyedi geometriát kapna. Eddig ez volt a költséghatékony megoldás.
Az olyan alacsony költségű prototipizálási és gyártási módszerekkel, mint a 3D nyomtatás, a meglévő tervek kombinálása helyett egy új szerkezet bevezetésének költségei csökkennek, és az eredmény jelentősen felülmúlhatja a hagyományos előre gyártott alkatrészekből történő összeszerelést.
Például a Fusion 360 generatív design technológiáját használva a General Motors mérnökei képesek voltak egy szabványos autóalkatrészt – az autó üléstartó konzolját – úgy áttervezni, hogy nyolc helyett egyetlen rozsdamentes acéldaraból álljon. A szoftver több mint 150 tervet generált az üléstartóhoz, amely a biztonsági öv rögzítőelemeit az ülésekhez, illetve az üléseket a padlóhoz rögzíti. Az újonnan tervezett alkatrész 40%-kal könnyebb és 20%-kal erősebb, mint a korábbi konzol.
A folyamatnak nem szükséges ismernie, és nem is ismeri a korábbi tervezési ökölszabályokat és iterációkat, csak a végső kritériumokat. Emiatt könnyen lehet, hogy egy korábbi, sok alkatrészből álló szerelvény helyett a metódus egy egyetlen darabból álló megoldással válaszol.
Generatív design az öntészetben
A fémöntészet egy másik terület, ahol az additív gyártás még nem tudta kiváltani a tradicionális megoldásokat. Ez főleg a nagyméretű, erősen ötvözött fémek esetén van így. A prototípusgyártás során azonban már némileg alkalmazzák a 3D nyomtatást az öntészetben is. A generatív design az öntészetben is szintén a költség- és a tömegcsökkentésben játszhat szerepet. Kulcsfontosságú a minél kevesebb alapanyaghasználat, valamint a nagyobb volumen gyártása.
Az Autodesk például összefogott a michigani székhelyű Aristo Cast öntödével egy ultrakönnyű repülőgép-üléskeret kifejlesztése érdekében. A csapat generatív designt, 3D nyomtatást, rácsoptimalizálást és visszavesztéses öntést használt, hogy végül egy olyan üléskeretet hozzanak létre, amely 56%-kal kisebb tömegű, mint a jelenlegi modellek. Egy 615 férőhelyes Airbus A380-as repülőgép esetében ez évi 100 000 dolláros üzemanyag-megtakarítást jelent, valamint több mint 140 000 tonnával kevesebb légköri szén-dioxid kibocsátást.
Az additív technológiával fémöntőformák is előállíthatók, amelyek az öntésnél sokkal bonyolultabb geometriákat eredményeznek, elkerülve a hosszas beállítási időket és járulékos költségeket.
Generatív design és a CNC megmunkálás
Az elmúlt évtizedben megugrott az érdeklődés az asztali 3D nyomtatók iránt, de a megdöbbentő fellendülés ellenére az additív gyártás még közel sincs ahhoz, hogy átvegye a vezető szerepet az ipari gyártásban. A generatív design új, sokkal részletesebb tervezési lehetőséget biztosít a gyártáshoz, melyet korábban képtelenek voltak elérni a mérnökök. Mi történik hát, ha maga a technológia nem teszi lehetővé ennek a precizitásnak a kivitelezését?
Ezek a megkötések egyszerűen kezelhetőek a generatív design módszer számára. A szoftverben meg kell adni minden olyan feltételt, ami befolyásolja az anyagot, geometriát és tömeget, valamit a gyártástechnológia által megszabott korlátozásokat is (szerszámátmérő, hossz). Egy 3 tengelyes és egy 5 tengelyes CNC marógép esetén, melyek ugyanazon szerszámtárral rendelkeznek, az 5 tengelyes jobb hozzáférhetőséget biztosít, bár beállítási ideje is több. A jobb precizitás valahol kompromisszumokat követel.
A tervező azonban egyszerűen beállíthatja úgy a generatív design algoritmust, hogy az optimalizálja a tervezést a kívánt gyártási folyamatra. Ha 3 tengelyes CNC géppel munkálunk meg, el fogja kerülni a túlzottan sok szabadfelületet, amiben az additív technológia és az 5-tengelyes marás jobban teljesít.
Az Egyesült Királyságban működő Evolve MH Development Engineering például egy könnyebb, költséghatékonyabb alkatrészt akart tervezni elektromos hiperautójához. A súlycsökkentés fontos az elektromos autók számára a teljesítmény- és hatótáv növelése érdekében. Az Evolve csapatának az is szempont volt, hogy az alkatrész alkalmas legyen 2,5 tengelyes CNC marón történő megmunkálásra.
A mérnökcsapat a Fusion 360 segítségével adta meg az alkatrészre vonatkozó követelményeket és paramétereket: például a szilárdságot, a kívánt merevséget. Végül az elektromos hiperautóhoz készített alkatrész 40%-kal könnyebb, mint az eredeti, és rekordidő alatt készült el.
ForrásAutodesk