Design generativ - tehnologie durabilă = produs rentabil

Cu design generativ pentru scăderea în greutate - Fusion 360

Cum să faceți producția de produse mai durabilă prin design generativ și astfel să generați mai mulți bani pentru companie?

Utilizați capabilitățile de proiectare de nouă generație ale Autodesk Fusion 360 pentru a crea mai repede alternative de design performante - idei la care nu v-ați gândit niciodată - dintr-o singură idee sau produs existent.

În articolul nostru, examinăm modul în care o componentă proiectată prin metoda generativă poate depăși un design tradițional în ceea ce privește funcționalitatea, lanțul de aprovizionare de fabricație și impactul asupra mediului.

Să începem de la început - ce este planificarea generativă?

Designul generativ imită abordarea evolutivă a naturii în ceea ce privește proiectarea. Proiectanții sau inginerii pun condițiile limită de proiectare - cum ar fi materialele, metodele de fabricație și constrângerile de cost - împreună într-un software generativ de proiectare. Software-ul explorează toate permutările posibile ale soluției, creând rapid alternative multiple de proiectare. Cu fiecare iterație, testați și aflați ce funcționează și ce nu.

Pierderea în greutate cu design generativ

Proiectarea generativă este utilă în special dacă dorim să îmbunătățim caracteristicile de utilizare a materialului proiectate, păstrând în același timp parametrii de performanță și cerințele de funcționalitate. Desigur, software-ul nu pune materialul acolo unde nu este necesar, ci acolo unde tiparele de sarcină și tensiune o cer, cu siguranță. Ca rezultat, o componentă generată poate genera aceeași funcționalitate cu o reducere de până la 80% a consumului de material!

În mediul de operare al piesei originale (stânga) și a părții proiectate generativ (dreapta).

În exemplul de mai sus, luăm în considerare proiectarea unui dispozitiv de sudură robotizat. Putem vedea deja că structura originală este voluminoasă, grea și necesită asamblare (trei părți și șase elemente de fixare). După încorporarea cerințelor funcționale și fizice ale structurii originale în spațiul de design generativ Fusion 360, obținem o piesă nouă, optimizată, care nu necesită asamblare și folosește cu 77% mai puțin material.!

Fabricarea pieselor ușoare AGD

Acum că avem modelul îmbunătățit și ușor, trebuie să stabilim cum să-l realizăm. Datorită naturii complexe, organice a componentelor proiectate generativ, acestea nu sunt adesea fezabile cu metodele tradiționale de scădere. Cu toate acestea, metodele de fabricație aditivă ne permit să construim aceste componente pas cu pas - simplificând lanțul de aprovizionare, inventarul și logistica asamblării.

Fabricare aditivă pentru design generativ

Fabricarea aditivă permite producția eficientă de forme extrem de complexe și inovatoare, care adesea nu sunt ușor de produs cu metode tradiționale. Examinăm două metode de imprimare 3D pentru producerea unei piese avansate bazate pe două opțiuni materiale posibile: oțel și policarbonat.

Pentru tipărirea din oțel, folosim tipărirea cu pulbere (PBF), unde un laser combină „sudează” pulberea metalică strat cu strat.

Pentru imprimarea din policarbonat, se folosește o metodă de depunere a firelor topite (FDM), în care o fibră de plastic continuă topită este alimentată printr-o duză mobilă către piesa de prelucrat.

Autodesk Netfabb - Optimizați imprimarea 3D

Software-ul de producție aditivă Autodesk Netfabb include instrumente pentru a susține fluxurile de lucru de imprimare 3D. Netfabb vă permite să optimizați materialul de sprijin, precum și viteza, orientarea și aspectul componentelor pentru a minimiza consumul de material de proces, consumul de energie și impactul asupra mediului.

Pierderea în greutate și planificarea generativă pentru durabilitate

Analiza ciclului de viață ar trebui efectuată pentru a înțelege corect impactul asupra mediului al componentei și actualizarea procesului. Această analiză confirmă dacă componenta dezvoltată are o amprentă energetică și de carbon mai redusă ca urmare a mai puține materii prime utilizate în procesul de fabricație aditivă și a utilizării mai eficiente a materialelor.

Analiza ciclului de viață

Analiza ciclului de viață (ACV) ia în considerare impactul asupra mediului al tuturor etapelor procesului de producție și utilizare, inclusiv procesarea materiei prime, fabricarea, utilizarea și sfârșitul vieții.

Efectuarea unei astfel de analize pe o piesă ușor reproiectată ne oferă o imagine cuprinzătoare a impactului piesei asupra mediului și compararea acesteia cu partea originală și procesul.

Putem compara piesele originale produse prin prelucrarea subtractivă și asamblarea manuală cu o versiune generică cu un design din policarbonat folosind oțel PBF și FDM.

Aceste părți și procese sunt analizate prin potențialul de încălzire globală (GWP) și categoriile de impact ale cererii ciclice de energie (CED), utilizând datele Worldsteel LCI, precum și următoarele surse.

Rezultate

Studiul nostru confirmă faptul că componenta formată generativ produsă cu PBF poartă GWP și CED semnificativ mai mici decât componenta originală produsă prin metoda scăderii. Acest lucru se datorează în principal pierderii semnificative în greutate a piesei, precum și utilizării ridicate a materialului în procesul de fabricație aditivă.

Potențialul complet de încălzire globală a ciclului de viață în KgCO2 pentru piese și procese individuale.

Defalcarea rezultatelor totale GWP este prezentată mai jos. Deși consumul de energie în procesul de producție în sine este similar sau mai mare decât producția de aditivi (figura anterioară), acesta este depășit semnificativ de consumul de energie în producerea materiei prime necesare procesului tradițional.

În plus, mai multe materiale reciclate reduc emisiile de CO2 provenite din producția de materii prime proaspete, ceea ce nu acoperă utilizarea generală a materialelor utilizate în procesul tradițional. Cantitatea de energie necesară pentru finalizarea ciclului de viață în sine este relativ nesemnificativă în comparație cu energia prezentă în materialul de intrare.

Defalcarea fiecărei analize în cadrul ACV.

Rezultatele sunt adăugate pentru a atinge GWP complet.

Analiza costului

Producție

Presupunând producția personalizată și analizând structura costurilor de producție a componentelor, luând în considerare costul materiilor prime, costul forței de muncă a operatorului și consumul de energie electrică al mașinilor. Rezultatele arată că, în ciuda reducerii consumului de material, producția piesei tipărite este asociată cu o creștere a costurilor (figura noastră de mai jos).

Acest lucru se datorează în principal costului unitar relativ ridicat al materiei prime utilizate pentru producerea piesei tipărite și costurilor suplimentare de post-procesare ale producției aditive.

Costul salarial al operatorului (valoarea timpului)

Cu toate acestea, datorită procesului de fabricație simplificat, sunt necesare timpi de funcționare mai scurți pentru fabricația aditivă. În metoda convențională, operatorul trebuie să efectueze asamblarea și afișarea a trei elemente separate și asamblarea finală a pieselor. Acești pași trebuie repetați pentru fiecare componentă. În procesul actualizat, operatorul începe procesul o singură dată. În cazul PBF, componentele sunt produse de obicei în cantități mici, astfel încât este necesară o singură punere în funcțiune și finisare pentru rezultatul final. Timpul economisit de producția logistică compensează creșterea costurilor materialelor.

Concluzie

Capacitățile de proiectare generative pot contribui la creșterea durabilității produselor, oferind soluții de proiectare inovatoare care utilizează mai puțin material, combină componentele și cresc performanța.

Combinarea acestor soluții cu tehnologiile de producție aditivă simplifică procesele de fabricație și, în cele din urmă, reduce impactul produsului asupra mediului. Anumite elemente ale acestui proces pot fi mai scumpe. Cu toate acestea, poate fi integrat pentru a optimiza lanțul de aprovizionare și logistica forței de muncă, compensând în cele din urmă alte costuri crescute.

Sperăm că exemplul de mai sus vă va inspira pe dvs. și compania dvs. să profitați de tehnologii de proiectare din ce în ce mai noi pentru a duce eficiența lor de proiectare la un nou nivel. Contactați echipa CAD-CAM a companiei noastre pentru a sprijini experții noștri din industrie în dezvoltarea și transformarea în continuare a proceselor de proiectare și dezvoltare a produselor companiei dvs.

Dacă doriți să vă extindeți cunoștințele profesionale și să fiți primul care accesează ultimele știri sau articole, este suficient doar un singur pas. Deveniți membru al comunității noastre Facebook sau înscrieți-vă la Newsletter!