ジェネレーティブデザインと連続3Dファイバーデポジション
ジェネレーティブデザインは、人工知能（AI）（特に高度な最適化アルゴリズム）とクラウドコンピューティングを組み合わせて、1つのエンジニアリング問題に数千のソリューションを提供することにより、自然の進化的アプローチを複製します。 「これはドラフトではなくなりました 、代わりに設計の問題を説明する 制約を伝達することによって 」と、Autodesk Researchの計算科学グループのMassimiliano（Max）Moruzzi（および自称先進材料製造エバンジェリスト）は説明します。オートデスクがサポートしているプロジェクトの一部を次に示します。
MX3Dレジン（上）および金属中のMX3D
（デルフト工科大学）
出典：MX3D
「ジェネレーティブデザインは、はるかにより広い範囲を提供します 最適化と設計の可能性について」とMoruzzi氏は述べています。
図面や先入観のあるジオメトリから始める代わりに、問題を定義する 解決したい—負荷、空間的制約、材料、製造方法、コスト制約。次に、ジェネレーティブデザインソフトウェアはすべてを調査します 可能な順列の 、多数のデザインの代替案を生成します 、各反復からのテストと学習。要件に最適なデザインを選択してください。
ジェネレーティブデザインは「次世代」です CADの」。 Moruzziは、次のように説明しています。「高レベルの数学と一連のさまざまなオプティマイザーを使用して、幾何学的形状を定義する新しい方法を作成しました。 数値合成に基づく 。今日のCADシステムは、まだデジタル製図にすぎません。しかし、ジェネレーティブデザインにより、レオナルドダヴィンチが提案したことを多かれ少なかれ達成しました。「適切に構築された問題は、最適化されたソリューションを提供します。 ’。ここで、必要なソリューションの説明に焦点を当てます。つまり、これは、エンジニアが合成できるようにする目標主導型のプロセスおよびプラットフォームです。 デザインスペース全体 。」
このパラダイムシフトの結果の1つは、形状と機能が構造に含まれていることです。 「素材はこれの一部です」とMoruzziは主張します。 「マテリアル以前に機能していた 設計者が目指していた幾何学的な目的をサポートするため。しかし、ジェネレーティブデザインにより、製造プロセスを追加します。 および資料 両方が最適な幾何学的形状の分析の一部を形成するように、設計に組み込みます。」
スマート構造
オートデスクがジェネレーティブデザインの開発を開始したとき、Moruzziはそれが高度な製造への旅のきっかけになったと言います 。 「私たちは先端材料を組み込むことができる技術に焦点を合わせています ジェネレーティブデザインのメリットを最大限に活用するためのスマートな素材。」彼は、繊維強化複合材料は鋼やアルミニウムなどの等方性材料と一致しており、複合材料は機能を埋め込むことができるため、現在それらを上回っていると主張しています。 。 「しかし、これらの材料の複雑さを完全には理解していないため、制限的な故障基準を使用します。その結果、複合材料を強制する 形に。ただし、完全に最適化するには、マテリアルをフォローする必要があります 構造的負荷と機能的負荷の両方 —磁気シールド、温度勾配、振動など。」
AutodeskはAirbusと協力して「ジェネレーティブデザインとメタリック3Dプリントを使用したA320のバイオニックパーティション」。オートデスクの仕事のかなりの部分は金属にありますが、Moruzziは繊維強化複合材料に将来を見込んでいます。出典：Autodesk。
Moruzziは、繊維強化複合材料 ジェネレーティブデザインは共生です 、お互いに実現し、拡大するのを助けます。 「今日、私たちは複合材料の物理学と材料特性を定義し、次にFEAを使用して設計問題を解決します」と彼は説明します。 「しかし、これは後方 。自然は木を作成せず、その後 木材。"ジェネレーティブデザインは自然のプロセスと一致し、コンポジットを可能にします 同様に。 「これで、資料とその配置 構造的な負荷と機能によって駆動できます」とMoruzzi氏は言います。 「これにより、 新しい機能性材料が生まれます。 および 拡張された製造プロセス 。」
ただし、Moruzziは、これまで自動化されたプロセスはなかったと主張しています。 機能を組み込むことができる繊維強化複合材料を配置するため パーツに簡単に入れます。彼は、これが設計された自動ファイバー配置（AFP）を持っていると言います 過去のシステムでは、2000年代初頭に、ボーイング、ロッキード、ワシントン州シアトルのランボルギーニラボなどの企業でインガーソールに勤務していました。 MX3DやContinuousCompositesなどの企業との彼のプロジェクトは、業界のリーダーやOEMに何が可能かを示すための戦略の一部です。 「これらのプロジェクトを通じて、異方性のメリットを別のレベルに引き上げることができます 。それは、生物学的および生体模倣の形状を実現するだけの問題ではありません。目標は、生きている構造を作成することです 感知して通信できる神経系により、スマートな航空機、車、建物の本当の可能性これらは従来の金属では不可能です。」
出典：継続コンポジットとオートデスク。
AutoDesk University2017のContinuousCompositesが展示したラダーに印刷されたセンサーは、2日間で5ギガバイトのデータを収集し、構造物に触れた参加者からの温度、加速度、応力の変化を追跡しました。 （Continuous Compositesに関する私のブログで詳細をお読みください。）MX3Dは、センサーが埋め込まれた構造を印刷しています。
「私は 3Dプリントコンポジットのビジョンを提示し始めました ツールが必要ないので、パーツを合成します」とMoruzzi氏は言います。 「連続コンポジットは、連続繊維、ワイヤーおよびで印刷できます。 光ファイバーなので、神経系を構造物に埋め込むことができます 。材料もその場で含浸されます。したがって、このタイプの製造マッチ ジェネレーティブデザインがソリューションとして提示するもの。」
Livreaヨットは2019Mini-Transatヨットレースで世界初の3Dプリントヨットをレースします。
出典：Autodesk
Moruzziはさらに進んで、最終的に、このタイプの高度な製造にはエコシステムが必要であると説明しています。 これには、これらのスマート構造を製造する方法のサプライチェーンが含まれます。 「リブレアヨットはこのエコシステムの別の部分です」とMoruzziは言います。 Moruzziが協力しているもう1つの会社であるLivreaYachtは、世界初の3Dプリントヨットを製造しています。これは、2019年のMini-Transatソロ大西洋横断ヨットレースに出場します。 （詳細については、このプロジェクトに関するScott Francisのブログを参照してください）。 「すべての新しいテクノロジーと進歩には投資が必要です。そのため、この投資が価値がある理由について教育することが重要です。また、エンゲージメントを生み出す必要があります。」彼は、伝統的に、新しい材料と製造がレースカー、レーシングボート、宇宙船を通じて興奮を生み出してきたと述べています。 「リブレアは大西洋を横断するレーシングボートであり、非常に興味深いジェネレーティブデザインの形状を持ち、軽量化も実現しています。また、金型なしで3Dプリントを使用して作られています。これを強力なチャネルとして使用して、ジェネレーティブデザインに伴うものを放送することができます。」
製造の未来
彼は他のプロジェクトがあると主張しています 、たとえば建設業界 、彼はそれについて議論することはできませんが、それは可能なことの力をさらに説明します。ただし、Moruzziはコンポジットの未来を宣言しており、ジェネレーティブデザインは 3Dプリントだけではありません 。 「そして、私たちはまだ最終的なマシンを持っていないと思います」と彼は付け加えます。 「お客様は特定のCAD / CAMシステムやマシンを望んでいません。 顧客 解決策が必要 。」
Moruzziは、15年前に複合材料を始めたとき、繊維および繊維産業に目を向けたと言います。 「最も高度な構造 テキスタイルです それ自体が機能性と構造的性能を追加するためです。それはあなたを暑くしたり寒くしたりすることができます、それは弾力性があるかどうかにかかわらず、形をとったり、制限したり、縮んだり、拡大したりすることができます。好きなようにプログラムできます。」彼は、織り機の設計を理解しています。 変更する 。 「現在、ルックアップテーブルによって制限されているため、私は数セットの異なるデザイン[織り方]を作成しているだけです。ただし、ジェネレーティブデザインと構造テキスタイルを同期させます。つまり、ジェネレーティブマニュファクチャリング 3Dプリントだけではありません。他のオプションはハイブリッドプロセスになります 迫り来る と編み物 および不連続ファイバーの追加 。その後、さらにより持続可能な材料の使用を開始します 、生体材料とスパイダーシルクを含みます。 巨大なハイブリッドマシンがあります 動きが来る。その後、ボタンを押すだけで夢を合成できます。」
システムが協力する先への道もあります 継続的に改善します。 「単一の設計コンセプトを描くのではなく、設計空間を計算するジェネレーティブデザインのアプローチでは、何かを変更しても、空間はすでに完全に計算されているため、FEAの反復ではありません」とMoruzzi氏は説明します。機械学習はすでに複合材料製造システムに統合されています。これにより、学んだ教訓が可能になります ジェネレーティブデザインソフトウェアにフィードバックして、デザインの将来の反復に適用します。
（この概念は、ZAeroプロジェクトで熱硬化性複合材料用に開発されている生産ライン、および熱可塑性複合材料用にAirborne、SABIC、Siemensによって開発されている生産ラインに関する私のブログで説明されています。）
完全な開示、そこに他のジェネレーティブデザインプラットフォームがあります。 DassaultSystèmesは、2016年の CW のコラムで、「FunctionalGenerativeDesign」について実際に説明しました。 、「産業採用の増加複合材料積層造形」。
次のような連続ファイバーやセンサーを使用した3D印刷を推進している他の企業もあります。
- アニソプリント（ロシア）
- アレボ
- ETHチューリッヒのカーボンファクトリー
- MarkForged
- サウスカロライナ大学マクネアセンター
- moiコンポジット
- オービタルコンポジット
- 上海大学
- 東京理科大学と日本大学
http://www.jscm.gr.jp/3Dprinting/images/introduction_CFRP3Dprinter.pdf
樹脂