Блог | Volgobot
Мир 3D-Печати

3D-Печать и генеративный дизайн.

Многие из вас слышали о генеративном дизайне, но многие ли знают что большая часть моделей, созданных на основе топологической оптимизации предназначена для реализации с помощью аддитивных технологий?

Давайте разбираться.

Генеративный дизайн - это технологии проектирования с использованием алгоритмов, когда система самостоятельно создаёт тысячи моделей, сравнивает их между собой и отбирает самые хорошо оптимизированные модификации.

Топологическая оптимизация - это математический метод, который предлагает математическую основу для определения наиболее эффективной компоновки материала для заданных ограничений и условий нагрузки, оптимизирует и распределяет материал для максимизации производительности системы. Это связано с тем, что материал будет выбран такой, чтобы он обеспечивал кратчайший путь от нагрузки до ограничения, в результате чего математически будет получена наиболее эффективная форма модели.

Так причём здесь аддитивные технологии?

Алгоритмы генеративного проектирования часто создают высокоэффективные органические формы с поддерживающими решётками, которые являются дорогостоящими или даже невозможными для изготовления с помощью традиционных производственных технологий, таких как литье под давлением или субтрактивных производственных инструментов, таких как обработка с ЧПУ. Усовершенствованные производственные инструменты, такие как 3D-печать, также известная как аддитивное производство, необходимы для тех типов чувствительных к производительности приложений, в которых такая оптимизация является убедительной.

3D-печать хорошо сочетается с генеративным дизайном, поскольку она обеспечивает гибкие и быстрые средства создания трёхмерной модели с высоким разрешением одной или нескольких итераций дизайна для экономичного конечного продукта. Как правило, с экономической точки зрения рентабельность 3D-печати увеличивается вместе со сложностью итерации дизайна.

Генеративный дизайн уже начинает применяться в качестве основного инструмента автоматизированного проектирования. Причиной является рост вычислительных возможностей и чрезвычайно быстрое развитие 3D-печати – технологии, в полной мере способной к производству деталей и объектов, разработанных с помощью нового инструмента. Ряд аналитиков именует применение тандема «генеративный дизайн – аддитивные технологии» очередной промышленной революцией.

Предлагаем посмотреть несколько примеров, смоделированных с помощью генеративного дизайна и распечатанных на 3D-принтере.

Начнём с того, что мы применяем повседневно – обувь.

Reebok

В 2016 году компания представила новую технологию Liquid Factory 3D, в рамках которой был создан первый кроссовок Reebok Liquid Speed, изготовленный с применением 3D-печати.

В компании Reebok за внедрение новых технологий отвечает команда Reebok Future. Создание модели Reebok Liquid Speed было создано в сотрудничестве с химическим гигантом BASF, который разработал полимер для 3D-печати кроссовок.

Глава отдела развития Reebok, Билл МакИннис, отметил:
«Обувная промышленность серьёзно не менялась уже тридцать лет. В создании каждого кроссовка каждого известного вам бренда применялось литье — дорогой и долгий процесс. С помощью Liquid Factory мы хотим изменить способ, которым создаётся обувь, вводя новый метод производства без литья.
С этим процессом мы можем создать весь ботинок запрограммировав робота, который нарисует его, слой за слоем, из высокопрочного жидкого материала. Так получается подошва с совершенно новыми свойствами, намного более упругая, чем традиционные резиновые подошвы кроссовок, и точнее передающая импульс. Liquid Factory создаёт кроссовок, который растягивается и обтекает ногу, обеспечивая ей объёмную поддержку со всех сторон»


Кроме того, Reebok вместе с дизайнерским ателье Modla разработали Modla X Reebok 3D — 3D-печатную маску для тренировки спортсменов.

В проектировании полимерной части маски для прототипирования использовались FDM-принтеры Ultimaker 2. Маска изготавливалась при помощи 3D-принтеров EOS, которые работают по технологии SLS. В производстве внутренних деталей, силиконовых, и мягкой части маски, из материала Flexweave, использовалась лазерная резка.
Маска предназначена для ограничения доступа воздуха, что увеличивает нагрузку на лёгкие и способствует тренировке выносливости организма в целом. Нагрузка регулируется поворотом передней части маски, что переключает силиконовые клапаны внутри.

Теперь немного о мебели и предметах интерьера.

Существует огромное количество различных вариаций стульев, столов и кресел, созданных с помощью генеративного дизайна и распечатанных на 3D-принтере.
3D-печать и генеративный дизайн., изображение №5

Напечатанная керамика Оливера Ван Херпта

Выпускник дизайн-академии Эйндховена Оливер ван Херпт постоянно изобретает новые методы производства керамики: за два года он разработал новую технологию 3D-печати глиной, благодаря чему добился высокой прочности изделий.

Вазы автора имеют очень тонкие стенки и необычные формы, благодаря чему дизайнер успел получить признание: ему предложили разработать капсульную коллекцию ваз для бренда COS и напечатать 3D-портрет лауреата Нобелевской премии Бернарда Феринга.

Дизайнер оптимизирует 3D-модели, чтобы создавать всё более сложные и тонкие формы и разрабатывать текстуры, а также экспериментирует с генеративным дизайном. Для проекта Adaptive Manufacturing (2014) Херпт установил специальные датчики, регистрирующие движения в пространстве, и запрограммировал процесс 3D-печати так, чтобы форма изделий изменялась в соответствии с данными сенсоров. В проекте Solid Vibrations (2015) для генерации формы дизайнер использовал прямое звуковое воздействие.

Кроме того, элементы, смоделированные с помощью генеративного дизайна и напечатанные на 3D-принтере широко используются в различных отраслях промышленности.

WHILL

Японский производитель электромобилей использовал генеративную конструкцию, чтобы уменьшить вес аккумуляторного отсека портативного моторизованного инвалидного кресла. Это самая тяжёлая часть конструкции.

Для генеративного проектирования использовалось программное обеспечение Autodesk Fusion 360. Инженеры WHILL создали новую конструкцию, которая уменьшила вес аккумуляторного отсека на 40%.
3D-печать и генеративный дизайн., изображение №9
Группа разработчиков продукта использовала новый производственный процесс для реализации проекта. Чтобы уместить дизайн в объем сборки настольного стереолитографического 3D-принтера Formlabs, команда разделила дизайн на 4 части, а затем напечатала детали из Castable Wax Resin. Затем инженеры соединили детали и отлили конструкцию окончательной металлической литой детали.

Снизив конечную стоимость производства инвалидной коляски WHILL за счет уменьшения общего количества деталей в продукте, команда достигла крупного прорыва в результате использования новых технологий: 3D-печати и генеративного дизайна.

Надеемся вам было интересно познакомиться с генеративным дизайном и примерами его реализации с помощью аддитивных технологий.

Если у вас есть идеи необычных конструкций или вы хотите создать более функциональную деталь для вашего производства, советуем обратить внимание на технологию, о которой мы сегодня рассказали.

Распечатать саму модель или прототип вы сможете на любом 3D-принтере из каталога Volgobot. Наше оборудование работает с широким ассортиментом материалов и справляется с печатью моделей разного уровня сложности.