제너레이티브 디자인 및 연속 3D 광섬유 증착

제너레이티브 디자인은 인공 지능(AI), 특히 고급 최적화 알고리즘과 클라우드 컴퓨팅을 결합하여 하나의 엔지니어링 문제에 대한 수천 가지 솔루션을 제공함으로써 자연의 진화적 접근 방식을 복제합니다. "이것은 더 이상 초안이 아닙니다 대신 설계 문제를 설명 제약조건을 전달함으로써 "라고 Autodesk Research의 컴퓨터 과학 그룹의 Massimiliano (Max) Moruzzi(자칭 고급 재료 제조 전도사)가 설명합니다. Autodesk가 지원하는 프로젝트 중 일부는 다음과 같습니다.

MX3D 수지( 상단) 및 금속의 MX3D
(TU 델프트)

출처:MX3D

연속 합성물, Autodesk 및 Comau는 연속 섬유 열경화성 현장 벌집형 및 자체 지지형 브리지 구조 합성물(예:에폭시)을 인쇄했습니다. 출처:Autodesk

“제너레이티브 디자인은 훨씬 더 넓은 범위를 제공합니다. 최적화 및 설계 가능성을 제공합니다.”라고 Moruzzi는 말합니다.

도면이나 선입견 기하학으로 시작하는 대신 문제를 정의합니다. 해결하고자 하는 하중, 공간적 제약, 재료, 제조 방법, 비용 제약. 그런 다음 제너레이티브 디자인 소프트웨어는 모든 가능한 순열 , 수많은 디자인 대안 생성 , 각 반복에서 테스트 및 학습. 요구 사항에 가장 잘 맞는 디자인을 선택합니다.

제너레이티브 디자인은 "차세대 캐드”. Moruzzi는 "고수준 수학과 다양한 최적화 도구를 사용하여 기하학적 모양을 정의하는 새로운 방법을 만들었습니다. 수치 합성 기반 . 오늘날의 CAD 시스템은 여전히 디지털 제도에 불과합니다. 그러나 제너레이티브 디자인을 통해 레오나르도 다빈치가 제안한 '잘 구성된 문제는 최적화된 솔루션을 제공합니다. '. 이제 우리가 원하는 솔루션을 설명하는 데 집중합니다. 따라서 엔지니어가 종합 전체 디자인 공간 .”

이러한 패러다임 전환의 결과 중 하나는 모양과 기능이 구조에 포함된다는 것입니다. "재료는 이것의 한 부분입니다."라고 Moruzzi는 주장합니다. "소재가 이전 기능 디자이너가 목표로 삼았던 기하학적 목표를 지원합니다. 그러나 제너레이티브 디자인을 사용하면 이제 제조 프로세스를 추가합니다. 및 자료 이제 둘 다 최적의 기하학적 모양에 대한 분석의 일부를 형성하도록 설계에 포함됩니다."

스마트 구조

Autodesk가 제너레이티브 디자인을 개발하기 시작하면서 Moruzzi는 고급 제조로의 여정을 촉발했다고 말합니다. . “우리는 고급 재료를 통합할 수 있는 기술에 집중하고 있습니다. 제너레이티브 디자인의 모든 이점을 포착하는 스마트 소재.” 그는 섬유 강화 복합 재료가 강철 및 알루미늄과 같은 등방성 재료와 일치했으며 복합 재료가 기능을 포함할 수 있기 때문에 이제 이를 능가하고 있다고 주장합니다. . “그러나 우리는 이러한 재료의 복잡성을 완전히 이해하지 못하기 때문에 제한적인 실패 기준을 사용합니다. 그 결과 우리는 복합 재료를 강제 모양으로. 그러나 완전히 최적화하려면 자료가 다음을 준수해야 합니다. 구조적 하중과 기능적 하중 모두 — 자기 차폐, 온도 구배, 진동 등"

Autodesk는 Airbus와 협력하여 " 제너레이티브 디자인과 메탈릭 3D 프린팅을 사용한 A320용 바이오닉 파티션. Autodesk의 작업 중 상당 부분은 금속에서 이루어졌지만 Moruzzi는 섬유 강화 복합 재료에서 미래를 보고 있습니다. 출처:Autodesk.

Moruzzi는 섬유 강화 복합 재료가 제너레이티브 디자인은 공생합니다. , 실현하고 확장하도록 서로를 돕습니다. "오늘날 우리는 복합 재료의 물리학 및 재료 속성을 정의한 다음 FEA를 사용하여 설계 문제를 해결합니다."라고 그는 설명합니다. “하지만 이것은 뒤집어 . 자연은 나무를 만드는 것이 아니라 나무." 제너레이티브 디자인은 자연의 과정과 일치하고 결과적으로 복합체를 가능하게 합니다. 뿐만 아니라. "이제 자료와 배치 구조적 하중과 기능에 의해 구동될 수 있습니다.”라고 Moruzzi는 말합니다. “이는 새로운 기능성 소재로 이어질 것입니다. 및 증강된 제조 공정 .”

그러나 Moruzzi는 지금까지 자동화된 프로세스가 없었다고 주장합니다. 기능을 내장할 수 있는 섬유 강화 복합 재료 배치용 부분에 쉽게. 그는 이것이 자동 광섬유 배치(AFP)를 설계했다고 말합니다. 과거에는 보잉, 록히드, 워싱턴주 시애틀에 있는 람보르기니 연구소와 같은 회사와 함께 2000년대 초 Ingersoll에서 근무했습니다. MX3D 및 Continuous Composites와 같은 회사와의 그의 프로젝트는 업계 리더 및 OEM에게 가능한 것이 무엇인지 보여주기 위한 전략의 일부입니다. “이러한 프로젝트를 통해 우리는 등방성의 이점을 다른 수준으로 끌어올릴 수 있습니다. . 단순히 생체 공학 및 생체 모방 형상을 구현하는 문제가 아닙니다. 목표는 생활 구조를 만드는 것입니다. 감지하고 소통할 수 있는 신경계가 있는 스마트 항공기, 자동차 및 건물의 진정한 잠재력 이는 기존 금속으로는 불가능합니다.”

소스:연속 합성물 및 Autodesk.

AutoDesk University 2017에서 Continuous Composites가 전시한 방향타에 인쇄된 센서는 2일 동안 5GB의 데이터를 수집하여 구조를 만지는 참석자의 온도, 가속도 및 응력 변화를 추적했습니다. (Continuous Composites에 대한 자세한 내용은 내 블로그를 참조하십시오.) MX3D는 또한 내장된 센서로 구조를 인쇄하고 있습니다.

“저는 3D 인쇄된 합성물에 대한 비전을 제시하기 시작했습니다. 도구가 필요하지 않기 때문에 부품을 합성합니다."라고 Moruzzi는 말합니다. “Continuous Composites는 연속 섬유, 와이어 및로 인쇄할 수 있습니다. 광섬유를 사용하여 신경 시스템을 구조에 삽입할 수 있습니다. . 재료도 즉석에서 함침됩니다. 따라서 이러한 유형의 제조 경기는 제너레이티브 디자인이 솔루션으로 제시하는 것"

Livrea Yacht는 2019 Mini-Transat 요트 경주에서 세계 최초의 3D 인쇄 요트 경주를 하십시오.
출처:Autodesk

Moruzzi는 더 나아가 이러한 유형의 첨단 제조에는 궁극적으로 생태계가 필요하며 여기에는 이러한 스마트 구조를 제조할 수 있는 방법에 대한 공급망이 포함됩니다. "Livrea Yacht는 이 생태계의 다른 부분입니다."라고 Moruzzi는 말합니다. Moruzzi가 협력하고 있는 또 다른 회사 중 하나인 Livrea Yacht는 세계 최초의 3D 인쇄 범선을 만들고 있으며, 이 요트는 2019년 Mini-Transat 단독 대서양 횡단 요트 경주에서 경쟁할 것입니다. (자세한 내용은 이 프로젝트에 대한 Scott Francis의 블로그를 참조하십시오.) “모든 새로운 기술과 발전에는 투자가 필요하므로 이 투자가 가치 있는 이유를 교육하는 것이 중요합니다. 또한 참여를 유도해야 합니다.” 그는 전통적으로 새로운 재료와 제조가 경주용 자동차, 경주용 보트 및 우주선을 통해 흥분을 불러일으켰다고 말합니다. “Livrea는 대서양을 횡단할 경주용 보트로, 매우 흥미로운 제너레이티브 디자인 형태로 경량성을 달성했으며 금형 없이 3D 프린팅을 사용하여 만들어졌습니다. 우리는 이것을 제너레이티브 디자인과 함께 오는 것을 방송하는 강력한 채널로 사용할 수 있습니다.”

제조의 미래

그는 다른 프로젝트가 있다고 주장합니다. , 예를 들어 건설 산업 , 그는 논의할 수 없지만 가능한 것의 힘을 더 자세히 설명할 것입니다. 그러나 Moruzzi는 복합 재료 및 제너레이티브 디자인의 미래가 단순한 3D 프린팅이 아닙니다라고 선언합니다. . "그리고 아직 최종 기계가 없다고 생각합니다."라고 그는 덧붙입니다. “고객은 특정 CAD/CAM 시스템이나 기계를 원하지 않습니다. 고객 해결책을 원함 .”

Moruzzi는 15년 전에 복합 재료를 시작했을 때 직물 및 섬유 산업을 보았다고 말합니다. “가장 발전된 구조 직물입니다. 기능과 구조적 성능을 추가하기 때문입니다. 그것은 당신을 뜨겁게 또는 차갑게 만들 수 있으며, 탄력적일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있으며, 모양을 만들거나 제한하거나 축소하거나 확장할 수 있습니다. 원하는 방식으로 프로그래밍할 수 있습니다.” 그는 직기의 디자인이 변경될 . “지금은 룩업 테이블로 제한되어 있으므로 몇 가지 다른 디자인[직물] 세트만 만들고 있습니다. 그러나 우리는 제너레이티브 디자인과 구조적 텍스타일을 동기화할 것입니다. 따라서 제너레이티브 제조 3D 프린팅만이 아닐 것입니다. 다른 옵션은 하이브리드 프로세스 입니다. 어렴풋이 및 뜨개질 및 불연속 섬유 추가 . 그러면 우리는 더 지속 가능한 재료를 사용하기 시작할 것입니다. , 생체 재료 및 거미줄 포함. 거대한 하이브리드 머신이 있습니다. 움직임이 온다. 그런 다음 버튼을 눌러 꿈을 합성할 수 있습니다.”

시스템이 협력하는 경로도 있습니다. 지속적으로 개선합니다. Moruzzi는 "단일 설계 개념을 그리는 대신 설계 공간을 계산하는 생성적 설계 접근 방식을 사용하면 공간이 이미 완전히 계산되었기 때문에 무엇이든 변경할 때 또 다른 FEA 반복이 아닙니다."라고 설명합니다. 기계 학습은 이미 복합재 제조 시스템에 통합되고 있습니다. 이렇게 하면 배운 교훈이 활성화됩니다. 디자인의 향후 반복에 적용하기 위해 제너레이티브 디자인 소프트웨어에 피드백됩니다.

(이 개념은 ZAero 프로젝트의 열경화성 복합 재료용으로 개발 중인 생산 라인과 Airborne, SABIC 및 Siemens에서 열가소성 복합 재료용으로 개발 중인 생산 라인에 대한 제 블로그에서 논의되었습니다.)

전체 공개, 다른 제너레이티브 디자인 플랫폼이 있습니다. Dassault Systèmes는 실제로 CW의 2016년 칼럼에서 "기능적 생성 설계"에 대해 논의했습니다. , "산업용 복합 재료 적층 제조 도입 증가".

다음을 포함하여 연속 섬유 및/또는 센서를 사용하여 3D 인쇄를 발전시키는 다른 회사도 있습니다.

<울>

Anisoprint(러시아)

아레보

취리히 ETH의 탄소 공장

마크포지드

사우스 캐롤라이나 대학교 McNair 센터

모이 합성물

궤도 합성물

상하이 대학교