A generatív tervezéstől a gyártásig
A tervezést érintő fejlesztések izgalmasak, és olyan megoldásokat kínálnak az összetett problémákra, amelyek korábban fel sem merültek. De nem szabad megfeledkeznünk a gyártási folyamatokról sem, amelyek során az új, optimalizált terveket végül elkészítjük és használatba vesszük.
Ez a cikk a Fusion 360-ban elérhető, egyre szélesebb körben használt generatív tervezési technológiával és az ilyen tervek gyártásának különböző módszereivel foglalkozik: az additív gyártással, a szubtraktív gyártással vagy akár a kettő kombinálásával. Célunk, hogy a tervezési és gyártási folyamatok áttekintésével bemutassuk ezt a fejlődésben lévő technológiát a különböző szintű gyártási képességekkel rendelkező potenciális felhasználóknak.
A generatív tervezés áttekintése
A generatív tervezés egy fejlődésben lévő tervezési technológia, amelynek lényege, hogy többféle megoldást nyújt egy adott tervezési problémára a teljesítménykövetelmények, az anyagok és a gyártási stratégiák alapján. A technológia segítségével létrehozhat és áttekinthet több, a teljesítménybeli és gyártási igényeinek megfelelő tervet, a számítási feladatokat pedig a felhőre bízhatja, hogy eközben mérnökei – vagy akár Ön – más feladatokkal foglalkozhassanak.
Nézzük meg közelebbről a folyamatot, és hogy valójában mi is kell egy terv generatív létrehozásához. Sajnos a generatív tervezés egyelőre nem varázsütésre működik, így tennünk kell némi előkészületet egy generatív tanulmány beállításához, mielőtt konkrét eredményeket kaphatnánk.
Akadályok és megőrzendő elemek
Az akadályok és a megőrzendő régiók segítségével meghatározható, hogy milyen geometriai elemeket kell tartalmaznia – vagy éppen tilos tartalmaznia – a végeredménynek. Minden alkatrész érintkezik valamilyen módon egy másik alkatrésszel, legyen szó akár furatokról, menetes furatokról, sínekről, fecskefarkú kötésekről stb. A megőrzendő régiók olyan területek, amelyek nélkülözhetetlenek az alkatrész megfelelő működéséhez.
Az akadályrégiók olyan területeket határoznak meg, amelyeket a generált végeredmény nem tartalmazhat. Ilyen elemek lehetnek az összeállítás egyéb alkatrészei, a kötőelemek, a szerszámok és az összeállítás egyéb alkatrészeinek mozgásához szükséges pályák.
A generatív tervezési tanulmányok futtatásához nincs szükség kiinduló alakzatra. Igény szerint azonban használhatók kiinduló alakzatok, amelyek növelik a terület–térfogat arányt, és segíthetnek a kapott eredmény formájának kialakításában. A kiinduló alakzatoknak metszeniük kell minden megőrzendő régiót, ellenkező esetben a generatív tanulmány sikertelen lesz.
Teheresetek
A teheresetek határozzák meg, hol szükséges további anyagot hozzáadni a tervhez annak érdekében, hogy a terv megfeleljen a teljesítménykövetelményeknek. Egyelőre csak lineáris statikus teheresetek adhatók meg, de a későbbi tervek között szerepel a nem lineáris, a dinamikus és a hőtani esetek hozzáadása is.
A jelenleg használható szerkezeti kényszerek közé tartozik a rögzített, csapos és a súrlódásmentes. A rögzített kényszereket az X, Y és Z tengelyek mentén lehet beállítani (az elforgatás és az elmozdulás korlátozásával). A csapos kényszerek radiálisak, axiálisak vagy tangenciálisak lehetnek. A jelenleg használható terhelések közé tartozik az erő, a nyomtaték, a nyomás és a csapágyterhelés. A terhelések típusuktól függően alkalmazhatók csúcsokra, élekre vagy felületekre.
Fontos megjegyezni, hogy a terhelések és kényszerek csak megőrzendő elemekre alkalmazhatók. Az akadályelemek csak arra szolgálnak, hogy ne kerüljön anyag olyan területekre, amelyek nem tartalmazhatnak anyagot.
A generatív tervezés a kezdetektől fogva számításba veszi a gyártás módját annak érdekében, hogy az eredmény gyártható legyen.
Gyártási korlátozások
A tervezők sokszor csak a tervezési folyamat végén kezdenek számolni a gyártási tényezőkkel, vagy a gyártási szakemberekre hagyják a gyártási nehézségek utólagos megoldását. A generatív tervezés a kezdetektől fogva számításba veszi a gyártási módszert annak érdekében, hogy az eredmény legyártható legyen.
Jelenleg három gyártási lehetőség van használatban, ezek a kötetlen, az additív és a szubtraktív.
A kötetlen lehetőség nem veszi számításba a gyártási tényezőket, hanem a szükségesnek ítélt geometriákat hozza létre. Az additív gyártás figyelembe veszi a maximális alámetszés szögét és a minimális vastagságot, és az alámetszés szögének megfelelő mennyiségű anyagot ad hozzá a geometriához. A szubtraktív gyártásnál 3 vagy 5 tengelyes megmunkálás adható meg. Mindkét módszer számításba veszi a minimális szerszámátmérőt és szerszámhosszt, emellett a 3 tengelyes kényszerek a beállítási irányokat is figyelembe veszik.
Anyagválasztás
A tanulmány alapanyagaként bármilyen anyag kiválasztható a Fusion 360 választékából, azonban csak lineáris anyagok választhatók. Így sajnos egyelőre nem jöhetnek szóba az olyan anyagok, mint például a fa. A Physical Materials (fizikai anyagok) párbeszédpanelen egyéni anyagok is meghatározhatók az egyéni additív polimerek vagy a szubtraktív gyártás során használt ötvözetek minél pontosabb szimulálása céljából.
Célok
A két választható cél a tömeg minimalizálása vagy a merevség maximalizálása. A tömeg minimalizálása esetén megadható egy biztonsági cél, és a rendszer a lehető legkevesebb anyagot használja fel a megadott követelmény betartásával. A merevség maximalizálása esetén egy biztonsági és egy tömegre vonatkozó célt adunk meg, és a rendszer igyekszik a megadott tömegcél betartásával csökkenteni az alakváltozást.
Eredmények áttekintése
A Generate (Generálás) gomb megnyomását követően a Fusion automatikusan megnyitja az Explore (Áttekintés) környezetet, ahol elkezdenek megjelenni az eredmények.
A részletes miniatűrök, a szűrők, a testreszabható szórásdiagramok és egyéb eszközök segítenek a tervezési, mérnöki és gyártási igényeknek legjobban megfelelő eredmények kiválasztásában.
Új terv és T-spline-ok szerkesztése
Ha megtaláltuk az igényeinknek leginkább megfelelő eredményt, az Exportálás gombbal hozhatunk létre egy új tervet. Ez az eredményt hálóból BRep formátumúvá alakítja, és egy új Fusion-tervben helyezi el az eredményként kapott szilárdtestet.
Az átalakítási folyamat egy T-Spline-alapú testet hoz létre, amely tartalmazza a generatív tervezés által létrehozott organikus felületeket, valamint az eredeti megőrzendő geometria éles éleit és kör alakú felületeit. Az átalakítási folyamat hatalmas előnye az, hogy az eredményeket T-Spline-ok segítségével tudjuk szerkeszteni. Az idővonalon a jobb gombbal a T-Spline alakzatra kattintva, majd az Edit (Szerkesztés) lehetőséget kiválasztva megnyílik a Fusion 360 Sculpt (Formázás) munkaterülete, amely számos szerkesztőeszközt tartalmaz. Ha nem ismeri a T-Spline-ok használatát, akkor sem kell aggódnia, az interneten számos oktatóanyagot találhat róluk.
Szimuláció
Ha jelentős mértékben módosította az eredményt a T-Spline-ok szerkesztésével, vagy ha a teheresetekhez jobban illene egy, a lineáris statikusnál fejlettebb szimulációs tanulmány, akkor érdemes lehet a szerkesztett eredményt átvinni a Fusion 360 szimulációs munkaterületére. A Fusion 360 Nastran megoldókat használ, és olyan fejlett szimulációs tanulmánytípusokat nyújt, mint a modális frekvenciák, a termikus feszültségek, a szerkezeti kihajlás, a nem lineáris statikus feszültség és az eseményszimuláció.
Gyártás
Ha az eredmény készen áll a gyártásra, a Fusion 360 a gyártási munkaterületen eszközöket nyújt az additív és szubtraktív gyártáshoz. Az additív eszközök jelenleg korlátozott, előzetes verzióban érhetők el: lehetőségünk van a modell elhelyezésére és megjelenítésére az alaplemezen, valamint támaszanyag létrehozására. Ezek a támaszanyag struktúrák főként a fémszinterezéshez készültek, de a későbbiekben a műanyagokhoz is elérhetők lesznek.
A szubtraktív gyártási eszközök fejlett 2 és 3 tengelyes marást kínálnak, amely könnyen átalakítható pozicionált többtengelyes (3+2) megmunkálásra, emellett pedig néhány alapszintű szimultán többtengelyes programozási megoldást is nyújtanak. A marás mellett az esztergálási, marási-esztergálási műveletek is támogatottak.
Forrás: Autodesk blog
Azon dolgozunk, hogy még több ügyfelünk számára elérhetővé tegyük az Autodesk Fusion 360 nyújtotta új tervezési megközelítést és elkezdhessék felfedezni és bevezetni ezt a forradalmi technológiát.
A Varinex-CADStudio Kft. az Ön egyedi igényeinek megfelelő gyártási, üzemtervezési és automatizálási megoldásokat biztosítja tervezőszoftver kínálatából.
Ha többet szeretne megtudni az általunk kínált tervezési és kivitelezési megoldásokról, valamint arról, hogyan segíthetjük elő vállalata gyártási rugalmasságának növelését, keresse szakértő kollégáinkat egy személyes konzultációra!
Kapcsolattartó:
