Forestil dig, at du kan skabe tusindvis af muligheder for et enkelt design med et tryk på en knap, og så vælger du bare den bedste mulighed! Generativt design gør det muligt.
Generativt design flytter grænserne for, hvad ingeniører og skabere kan opnå. Teknologien udnytter kunstig intelligens (AI) og maskinlæring til automatisk at generere designløsninger baseret på designkriterier.
Denne evne gør det muligt for designere og ingeniører at udforske geometrier og former, der overskrider grænserne for den menneskelige fantasi, og komme op med overlegne løsninger og produkter. Generativt designs potentiale frigøres yderligere ved hjælp af avancerede produktionsteknologier som 3D-print. I denne artikel gennemgår vi alt, hvad du skal vide for at forstå og komme i gang med generativt design.
Hvad er generativt design?
Generativt design er en softwaredrevet iterativ designproces, hvor 3D-geometrier skabes ud fra mål og parametre. Softwaren bruger AI-drevne algoritmer til at lave optimerede geometrier, der opfylder eller overgår kravene til ydeevne.
I den generative designproces er det ikke nødvendigt at uploade en eksisterende del eller geometri. I stedet indtaster du begrænsninger og designmål for en given del, og softwaren vil automatisk generere en række designs, der opfylder dine specifikationer. Input omfatter dimensions- og vægtbegrænsninger, maksimale omkostninger, materialetype, nødvendige belastninger, hvilken produktionsteknologi der bruges og meget mere. Generativ designsoftware tager højde for alle disse faktorer, når den beregner 3D-modeller, hvilket resulterer i en række forskellige designs, der passer til parametrene og målene.
Derfra kan de forskellige muligheder analyseres yderligere - enten manuelt af designeren eller ved hjælp af et automatiseret testprogram - for at rangordne geometrierne baseret på, hvor godt de opfylder de definerede mål. De bedste valg kan derefter raffineres og optimeres yderligere, indtil den bedste løsning er fundet. Da generativt design er drevet af kunstig intelligens, fortsætter softwaren med at lære for hvert projekt, hvilket fører til stadig mere avancerede resultater.
Forskellen mellem topologioptimering og generativt design
Selvom begge er på forkant med designprocesser i dag, må topologioptimering og generativt design ikke forveksles eller blandes sammen. Den ene optimerer et eksisterende CAD-design, så det opfylder bestemte specifikationer, mens den anden skaber et design fra bunden ved hjælp af algoritmer.
Topologioptimering er et meget brugt værktøj i mange CAD-softwareprogrammer. I topologioptimeringsprocessen uploader brugerne en CAD-model og specificerer designmålene for delen, herunder begrænsninger, belastninger osv. Softwaren behandler dette input og skaber en enkelt optimeret geometri baseret på den oprindelige CAD-model.
Den generative designproces starter på den anden side et andet sted. I stedet for at indtaste en eksisterende 3D-model, der skal optimeres, begynder man med at sætte projektets begrænsninger og mål. AI-drevet software analyserer derefter disse og genererer en række designresultater, som du kan evaluere og optimere yderligere.
Sammenfattende er der to vigtige forskelle mellem topologioptimering og generativt design. For det første kræver generativt design, i modsætning til topologioptimering, ikke en menneskedesignet CAD-model for at sætte designprocessen i gang. Og for det andet giver generativt design dig flere optimerede designresultater, så du kan udforske flere potentielle løsninger og forfine designet yderligere.
Fordele og begrænsninger ved generativt design
Der er mange fordele ved at bruge generativt design, herunder tidligere utænkte løsninger og hurtigere design-iterationer. Som en relativt ny softwareløsning er generativt design dog stadig belastet af nogle begrænsninger, som vi vil udforske nærmere. Men lad os først tage et kig på nogle af fordelene.
Fordele ved generativt design
Nye designkoncepter: Traditionelt er produktdesign typisk baseret på modeller, der allerede eksisterer. Men med generativt design er geometrien ikke begrænset af eksisterende modeller. Softwaren kan derfor producere helt nye geometrier, der kan overgå eksisterende designs med hensyn til funktionalitet og ydeevne, ofte med et uventet og nyt udseende.
Hurtigere tid til markedet: Generativ designteknologi kan dramatisk fremskynde tidslinjerne for produktdesign og dermed accelerere tiden til markedet. Ikke alene genererer den automatisk flere resultater for et givet sæt parametre, den giver dig også mulighed for at sammenligne de forskellige designs og forfine dem yderligere i et digitalt miljø. Det betyder, at når du kommer til den fysiske prototyping af dit nye produkt, vil mange af de potentielle designfejl allerede være blevet forudset og undgået.
Komplekst design: Når det bruges i kombination med avancerede fremstillingsprocesser som 3D-print, åbner generativt design op for en hidtil uset designfrihed. Tidligere umulige dele med gitre, organiske strukturer og komplekse indvendige geometrier kan opnås for at opnå de bedst mulige præstationsresultater og opfylde designmålene.
Automatiseret vurdering: Når designresultaterne er blevet genereret, skal den bedste løsning vælges. Afhængigt af projektet kan dette blot være en æstetisk beslutning, som designeren træffer, men oftere er det et spørgsmål om delens ydeevne. Yderligere algoritmer kan implementeres for at evaluere og vurdere det genererede design i forhold til parametre som delens ydeevne, nøjagtighed i forhold til definerede mål og mange flere.
Begrænsninger ved generativt design
Opkvalificering: For at få mest muligt ud af generativ designsoftware skal designere forstå, hvordan man arbejder med maskinlæring og AI-drevet software. Det gælder især for mere komplekse designapplikationer. Ikke alle designere er udstyret med disse færdigheder, hvilket skaber forhindringer for adoption.
Tilgængelighed: En af de udfordringer, generativt design står over for i dag, er tilgængelighed. Omkostningerne ved at bruge generativ designsoftware har traditionelt været høje, hvilket gør det uoverkommeligt for visse brugere. Der findes gratis muligheder, men de kræver ofte, at brugerne skriver deres egne algoritmer. Heldigvis er prisen på generative designløsninger begyndt at falde takket være cloud computing-løsninger. I 2021 sænkede Autodesk f.eks. prisen på deres Generative Design Extension til Fusion 360 med 80% for at øge adgangen.
Generativ designproces
Engang var generativ designsoftware en eksklusiv teknologi, men den bliver mere tilgængelig, efterhånden som CAD-softwareudbydere integrerer processen i deres produkttilbud. Nedenfor er nogle af de førende generative løsninger på markedet:
Autodesk Fusion 360
Et førende CAD-softwareprogram, Fusion 360 giver brugerne et bredt udvalg af 3D-designværktøjer. Autodesks Generative Design Extension til Fusion 360 bruger maskinlæring og kunstig intelligens til hurtigt at iterere designløsninger baseret på definerede mål og parametersæt til forskellige fremstillingsprocesser, herunder 3D-print, CNC-bearbejdning, støbning og sprøjtestøbning.
Siemens NX
PLM-softwareleverandøren Siemens har bragt generativt design på markedet i sin NX-platform. Siemens NX er en integreret løsning, der tilbyder en kombination af intelligent design og simulering til produktdesign. NX integrerer også topologioptimering drevet af konvergent modellering.
PTC Creo Generative Design
Den Creo Generative Design-løsningen fra PTC er fuldt integreret i CAD/PLM/simuleringsplatformen, hvilket muliggør en problemfri overgang fra designkoncept til simulering, prototype og produktion. Løsningen består af to designudvidelser: den cloud-baserede Generative Design Extension (GDX) og Generative Topology Optimization extension (GTO). Disse udvidelser fremhæver automatisk de bedste designmuligheder for brugeren og er kompatible med både additiv fremstilling og CNC-bearbejdning.
nTopology nTop Platform
nTopology's generative designsoftware giver brugeren fuld kontrol over designoptimeringsprocessen. Med den kan du opbygge brugerdefinerede arbejdsgange og bruge feltdrevet design, som kombinerer simulering, eksperimentelle data og intern ingeniørviden til at generere innovative, optimerede designløsninger.
3D-print og generativt design
3D-print, også kendt som Additiv fremstillingog generativt design går hånd i hånd. Brugt i kombination gør de avancerede teknologier det muligt for ingeniører og producenter at tage deres produkter til det næste niveau og overvinde de designbegrænsninger, som mere traditionelle fremstillingsprocesser medfører.
3D-print er en relativt ny fremstillingsmetode, der bygger dele lag for lag. Det adskiller sig fra subtraktive fremstillingsprocesser, som CNC-bearbejdning, der skaber dele ved at fjerne materiale fra et emne. På grund af 3D-printningens additive karakter er teknologien i stand til at producere et større udvalg af designfunktioner, herunder gitre, organiske strukturer og interne geometrier. I dag er der mange typer 3D-printteknologi på markedet, herunder metal-, polymer- og kompositsystemer, der falder ind under kategorierne professionelle 3D-printere, industrielle 3D-printere og 3D-printere i stort format. Det betyder, at additiv fremstilling kan bruges til en bred vifte af applikationer i mange brancher.
Generativt design giver dig værktøjerne til at få mest muligt ud af 3D-print. Og vice versa. Med andre ord giver 3D-print og generativt design en hidtil uset designfrihed, som baner vejen for mere innovativ produktudvikling.
Ud over den designfrihed, som 3D-print giver, giver teknologien også andre fordele, bl.a. smidighed i produktionen. Lad os uddybe det. 3D-print er ikke bundet af de samme stordriftsfordele som mere traditionelle produktionsmetoder. Det betyder, at man omkostningseffektivt kan producere en enkelt eller en lille serie af dele. Dette har ikke kun fordele for prototyper, hvor funktionelle prototyper af høj kvalitet hurtigt kan itereres til test, men også for massetilpasning af dele til slutbrug. Generativt design fremmer også tilpasning, fordi det hurtigt kan generere nye designvarianter baseret på parameterjusteringer.
Der er flere eksempler på, at generativt design og additiv fremstilling er blevet brugt til at forbedre en dels ydeevne. For eksempel har bilproducenten General Motors redesignet et beslag til en sikkerhedssele ved hjælp af Autodesks generative designløsning og 3D-printning i metal. Ikke alene konsoliderede den nye del otte komponenter i en enkelt struktur, men den var også 40% lettere og 20% stærkere end dens konventionelle modstykke.
Den store 3D-printerproducent BigRep har brugt generativt design til at opnå tidligere umulige designs. Virksomhedens innovationskonsulent NOWLAB brugte generativ designsoftware og 3D-printning i storformat til at producere første 3D-printede grønne væg med indbyggede dræn- og vandingssystemer. Den første installation, kendt som BANYAN Eco Wall, er kendetegnet ved en organisk, planteinspireret struktur, der måler 2000 x 2000 x 600 mm, og er designet til at vande de levende planter, der er monteret i den. En efterfølgende GENESIS Eco Screen blev installeret udendørs i Berlin og målte 4000 x 4000 x 800 mm. Generativt design var afgørende for at skabe det unikke design og optimere det til 3D-print.
Brancher, der bruger generativt design
Generativt design er en alsidig teknologi, der giver fordele til en række industrier, fra rumfart til forbrugsvarer. Her er, hvordan de største industrier, der har taget generativt design til sig, bruger metoden:
Bilindustrien
I bilindustrien bruges generativt design til at forbedre designet af køretøjsdele med det formål at øge ydeevnen og effektiviteten. Nogle af de vigtigste mål i denne sektor er at reducere vægten og konsolidere delene. Begge dele er afgørende for at forbedre brændstofeffektiviteten i biler.
Luft- og rumfart
Generativt design har også indflydelse på luftfartsindustrien, hvor nye design af flydele giver større effektivitet, ydeevne og sikkerhed. Ligesom bilindustrien udnytter luft- og rumfartsindustrien generativt design til at skabe flere letvægtsdele for bedre brændstofeffektivitet.
Arkitektur og byggeri
Inden for arkitektur giver generativt design designere og arkitekter mulighed for at udtænke nye, utraditionelle løsninger til arkitektoniske rum og layouts og samtidig løse komplekse designproblemer. For eksempel kan generativt design finde på innovative og funktionelle layouts til kompakte byrum eller kontorer.
Industrielle maskiner
Generativt design kan bruges sammen med en række fremstillingsprocesser, herunder additiv fremstilling og mere traditionelle processer som CNC-bearbejdning. Det betyder, at virksomheder inden for industrimaskiner kan udforske nye muligheder, ikke kun for AM, men også for støbedesign. For eksempel kan designere af industrimaskiner skabe dele med bedre ydeevne, såsom tandhjul, og samtidig konsolidere antallet af dele for at sænke omkostningerne, materialeforbruget og den samlede risiko.
Forbrugsvarer
Produktdesign til forbrugsgoder handler om innovation. Generativt design gør det muligt for produktdesignere i dette segment at bringe overlegne løsninger på markedet, der løser komplekse designproblemer. Det afgørende er, at generativt design fjerner meget af benarbejdet ved design ved at strømline det, der normalt ville bestå af flere iterationscyklusser ved hjælp af AI-drevne algoritmer. Det kan spare produktdesignteams for både tid og penge.
Konklusion
Alt i alt ændrer generativt design den måde, hvorpå designere finder løsninger på komplekse problemer. Det giver en intelligent, automatiseret vej til at udtænke nye designkoncepter, der skubber til grænserne, mens de stadig opfylder og endda overgår briefingen.
Det er også værd at nævne, at der er dem, der tror, at generativt design vil gøre designere overflødige på grund af dets brug af automatisering og kunstig intelligens. Det er langt fra sandheden: Teknologien er ikke designet til at erstatte designeren, den er bygget til at give dem mulighed for at udforske helt nye designkoncepter, der tager produktets ydeevne og effektivitet til nye niveauer. Og efterhånden som de teknologier, der driver generativt design - AI og maskinlæring - bliver mere og mere sofistikerede, vil de generative designløsninger og -output også blive det.
ITERATE HURTIGT. PRODUCER HURTIGERE. KOM PÅ MARKEDET HURTIGST.
BigRep PRO er en 1 m³ kraftfuld 3D-printer, der er bygget til at tage dig fra prototyping til produktion. Den er en meget skalerbar løsning til fremstilling af dele til slutbrug, fabriksværktøj eller andet med højtydende materialer i ingeniørkvalitet. Sammenlignet med andre produktions- og FFF-printløsninger kan PRO producere præcise dele i fuld skala hurtigere og til lavere produktionsomkostninger.
ITERATE FAST. PRODUCER HURTIGERE. KOM PÅ MARKEDET HURTIGST.
BigRep PRO er en 1 m³ kraftfuld 3D-printer, der er bygget til at tage dig fra prototyping til produktion. Det er en meget skalerbar løsning til fremstilling af dele til slutbrug, fabriksværktøj eller andet med højtydende materialer i ingeniørkvalitet. Sammenlignet med andre produktions- og FFF-printløsninger kan PRO producere præcise dele i fuld skala hurtigere og til lavere produktionsomkostninger.
