Перевод предоставлен московским офисом Autodesk
Успехи в разработке этих инструментов в особенности заметны сегодня у Autodesk. В портфеле компании уже есть решения для топологической оптимизации, доступные для массового использования, имеются и несколько совершенно удивительных новых продуктов. Итак, устраивайтесь поудобнее в своем старом кресле, скиньте ваши обычные кроссовки и погрузитесь в мир генеративного дизайна.
Топологическая оптимизация
Топологическая оптимизация – первое направление генеративного дизайна, которое мы рассмотрим. В последнее время это понятие стало довольно модным. Это связано с растущей популярностью аддитивного производства, которое позволило создавать гораздо более сложную геометрию изделий. На самом деле топологическая оптимизация существует уже около 20 лет, но, как и многие технические направления, до недавнего времени она была скрыта в исследовательских лабораториях университетов и высокотехнологичных компаний.Кронштейн, созданный с помощью топологической оптимизации. Материал был удален из областей, не несущих нагрузку
Большинство (если не все) решения для топологической оптимизации используют 3D-модель и метод конечно-элементного анализа (FEA, finite element method) для того, чтобы установить распределение нагрузок на основе заданной геометрии, точек креплений, ограничивающих условий и объема изделия.
Топологическая оптимизация в Fusion 360:
Любому, кто хочет попробовать поработать с топологической оптимизацией, достаточно скачать Autodesk Fusion 360. Студенты, кстати, могут сделать это бесплатно.
Оптимизация структуры и поверхности
Такой метод позволяет менять внутреннюю структуру, а также оптимизировать форму поверхности продукта для того, чтобы сделать его легче и прочнее. Он похож на топологическую оптимизацию тем, что объединяет инструментарий решателя Nastran с итерационным подходом изменения структуры. Отличие заключается в том, что оптимизация происходит не только за счет удаления излишнего материала из конструкции, но и заполнения несущих нагрузку или менее нагруженных элементов изделия плотной, связанной структурой, похожей на кристаллическую решетку. Таким образом, инженер может не только совершенствовать свое изделие с учетом требований по весу и нагрузке, но и быть гибким при выборе оптимальной структуры конструкции.Впервые Autodesk продемонстрировал этот функционал в 2015 году, когда компания приобрела технологию оптимизации дизайна Within и добавила ее в собственные продукты. Возможно, вы помните пару кроссовок, которые не так давно были разработаны для производителя спортивной одежды Under Armour? Они как раз и были созданы с помощью Autodesk Within. Обратите внимание на простую с виду решетчатую подошву этих кроссовок – она дает прекрасное представление о том, чего можно достичь с помощью структурной оптимизации и технологии SLS 3D-печати.
Подошва этих кроссовок была создана с помощью оптимизации структуры в ПО Autodesk Within
Трабекулярные структуры
Трабекула – это небольшой, часто микроскопический элемент ткани в виде маленького пучка, стойки или стержня, который выполняет какую-то механическую функцию. Наше тело состоит из множества таких структур. Их использование в генеративном дизайне позволяет точно масштабировать и распределять крошечные поры по всем твердым материалам, а также создавать шероховатость поверхности, имитируя кости при создании медицинских имплантов. Это не только помогает ускорить восстановление пациентов, но и позволяет сделать имплант гораздо легче тех, что получены традиционными методами.Как правило, человеческий организм страдает, если в него внедряют стандартные конструкции. Свобода дизайна, которую обеспечивают сгенерированные трабекулярные структуры, позволяет имплантировать элементы, сделанные на заказ с учетом особенностей строения тела каждого конкретного пациента. Это, в свою очередь, повышает комфорт пациента, а также сокращает время заживления травм и снижает стоимость импланта.
Autodesk Within Medical позволяет создавать пористую и качественную структуру, в основе которой лежат требования дизайнера. Этот черепной имплантат оптимизирован по весу и совместим с существующей костной структурой:
Синтез формы
Топологическую оптимизацию можно считать так называемым восходящим подходом к проектированию, в котором параметры и формы конечной конструкции изначально известны и само изделие в итоге оптимизируется на основе этих данных. Синтез форм, напротив, позволяет дизайнерам задавать на входе более общие требования, а система уже на основании этих требований «выращивает» новый дизайн. Кроме того, такой подход может предложить ряд альтернативных вариантов. Синтез формы повторяет контуры природного дизайна и создает органические и естественные конструкции, которые могут выходить за рамки воображения инженера. То есть, это нисходяций подход, ориентированный на поиск цели.Инструментом синтеза формы является Project Dreamcatcher от Autodesk. Он взращивался в лабораториях компании в течение нескольких лет. Потом технология была усовершенствована и опробована как внутри Autodesk, так и рядом отраслевых партнеров компании, таких как Airbus:
Этот стул был спроектирован с помощью искусственного интеллекта после того, как инженер ввел требования, предъявляемые к конечному изделию. Dreamcatcher сгенерировал варианты, основанные на этих параметрах, а инженер выбрал из них наиболее подходящий. После этого модель была отправлена в производство на станок с ЧПУ:
Видео: Autodesk Generative Design:
Инженеры и дизайнеры больше не будут ограничены традиционными методами работы. Благодаря искусственному интеллекту и машинному обучению они получат возможность использовать совершенно новые способы в своей работе. Будущее выглядит очень интересным, как с точки зрения эффективности, так и эстетики.