Cómo el Diseño Generativo Apoya la Sostenibilidad

Hace unos siete años, la impresión 3D estaba en auge. Durante unos meses, incluso años, fue una de las tecnologías más discutidas en el mercado, con el potencial de revolucionar verdaderamente la forma en que fabricamos. Aunque la impresión 3D desapareció del centro de atención, silenciosamente hizo grandes avances en sostenibilidad, atención médica y arquitectura. De hecho, a lo largo de los años, la impresión 3D se ha utilizado para imprimir órganos, casas e incluso arrecifes de coral enteros. Mientras la comprensión de los usuarios sobre la tecnología evolucionaba, surgió un nuevo caso de uso: el diseño generativo. Este es quizás el elemento más transformador de la tecnología de diseño desde la introducción de la impresión 3D en sí. ¿Qué es el diseño generativo? El diseño generativo es una herramienta que produce innumerables variaciones de diseño basadas en parámetros de diseño especificados. Las iteraciones de diseño pueden basarse en el rendimiento, los requisitos espaciales, los materiales, los métodos de fabricación y las restricciones de costos. Las soluciones de diseño generativo crean diseños que de otro modo serían imposibles utilizando métodos de fabricación tradicionales. Esta tecnología utiliza la computación en la nube y métodos de fabricación aditiva (impresión 3D) para recorrer miles de diseños. Además, el diseño generativo incorpora el aprendizaje automático para comprender más sobre el diseño después de cada iteración y averiguar qué funciona y qué no. Este proceso da como resultado diseños increíblemente imaginativos que normalmente están fuera del ámbito de la creatividad humana. Sin mencionar que puede hacer esto a un ritmo acelerado. Mientras que el diseño generativo beneficia enormemente a los ingenieros que desean ahorrar tiempo, también impacta la sostenibilidad en la fabricación de diversas maneras. Para la tercera columna de la serie "The G2 on Sustainable Design", continuaré enfocándome en la sostenibilidad y el software discutiendo varias formas en que el diseño generativo ha impactado y seguirá impactando el futuro de la sostenibilidad en la fabricación y el diseño. Desde la creación de nuevos sistemas de alerones traseros para automóviles hasta la creación de particiones completamente inimaginables para aviones, el futuro del diseño generativo es emocionante y verdaderamente revolucionario. Diseño generativo y sostenibilidad El diseño generativo ayuda a la sostenibilidad de dos maneras principales: - El diseño generativo utiliza menos materia prima - El diseño generativo utiliza menos energía con la fabricación aditiva La tecnología de diseño generativo permite a los usuarios ingresar una variedad de parámetros de diseño, incluida la cantidad de materia prima utilizada. Los ingenieros que anteriormente pensaban que un diseño necesitaba más materia prima, ahora el diseño generativo puede reducir la cantidad hasta en un 40%. Claudius Peters, un fabricante de 113 años de transportadores neumáticos, silos y enfriadores de clínker, recientemente aprovechó el diseño generativo para reducir el uso de material de la empresa. Después de evaluar varias iteraciones de diseño, la empresa decidió optimizar un enfriador de clínker, una máquina masiva que enfría la roca fundida de 1400°C a 100°C (2550°F a 212°F). El equipo de Claudius Peters ingresó parámetros, y la tecnología de diseño generativo produjo iteraciones completamente únicas del enfriador de clínker. ¿El resultado? Un nuevo diseño que era un 30-40% más ligero y utilizaba un 25% menos de material. El diseño generativo creó efectivamente una transformación digital para una empresa de 100 años que entendió la importancia de adoptar nuevas tecnologías. Como en todas las industrias, la última tecnología y software les permitió mantenerse competitivos al alterar la forma en que conciben los diseños. Dado que el peso total y el material del enfriador de clínker se redujeron, la empresa pudo cambiar dónde fabricaba la pieza, impactando aún más su sostenibilidad. Además de la reducción de materia prima, el diseño generativo puede mejorar la sostenibilidad a través de la fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D. Bugatti Automobiles recientemente combinó la impresión 3D y el diseño generativo para innovar un sistema de control de alerones para el automóvil deportivo Chiron de 1,500 PS. Al usar NX y Simcenter, dos soluciones de diseño de productos y máquinas que tienen capacidades de diseño generativo, Bugatti creó un nuevo diseño ligero para su sistema de control de alerones. El nuevo diseño generado por el software reemplazó las partes originalmente metálicas con fibra de carbono. Se utilizó la impresión 3D para imprimir el sistema de alerones traseros con fibra de carbono para los dos tubos guía y la varilla de acoplamiento trasera. Con este ajuste clave, la cantidad de materias primas utilizadas en la producción del sistema de alerones traseros será mucho menor. Como resultado, el proceso de fabricación utilizará menos materias primas y será más sostenible. La impresión 3D es un método más sostenible que la fabricación regular, ya que solo utiliza la cantidad exacta de material necesario para producir una pieza. El futuro del diseño generativo Si bien está claro que el diseño generativo ya ha dejado su huella en la fabricación sostenible, realmente está comenzando. Muchas empresas en la industria manufacturera están explorando actualmente el diseño generativo como una herramienta para trabajar hacia métodos de fabricación más asequibles y sostenibles. Una empresa que explora futuros casos de uso para el diseño generativo es la corporación aeroespacial europea Airbus. En un estudio de caso con Autodesk, Airbus utilizó el diseño generativo para crear una nueva partición que separa el compartimento de pasajeros de la galera en la cabina del Airbus A320. El objetivo era hacer la nueva partición más ligera, de no más de una pulgada de grosor, y lo suficientemente fuerte como para anclar dos asientos plegables para los asistentes de vuelo. Por supuesto, esta no fue una tarea fácil. Airbus utilizó parámetros de diseño literal y figurativamente fuera del molde normal. El resultado fue un diseño híbrido basado en dos patrones de crecimiento encontrados en la naturaleza: el moho de limo y los huesos de mamíferos. Para hacer la partición real, el equipo utilizó la impresión 3D para producir 100 piezas separadas; combinadas, estas piezas crearon una gran partición. La apodaron "la partición biónica". Una vez que Airbus completó la partición biónica, el equipo calculó la cantidad de combustible ahorrado con la nueva partición. Por cada 1 kilogramo (2.2 libras) de reducción de peso, se ahorran 106 kilogramos (233.2 libras) de combustible para aviones al año, disminuyendo la huella de carbono del transporte aéreo. Cada partición es aproximadamente 30 kilogramos (66 libras) más ligera que la partición estándar. Además, si la partición biónica se instalara en toda la cabina, se eliminarían 1,100 libras de peso. La disminución del combustible reduciría las emisiones de CO2 en 166 toneladas métricas por avión por año. Eso es aproximadamente 366,000 libras en volumen, o aproximadamente 900 veces el tamaño de una bañera. Finalmente, la impresión 3D de la partición utiliza solo el 5% de la materia prima en comparación con el proceso tradicional de fresado de piezas a partir de un bloque de metal. Esto también reduce las emisiones y forja un método de fabricación más sostenible. Si bien parece que las herramientas utilizadas para hacer la partición biónica son bastante avanzadas, muchas de las herramientas ya existen en G2 en nuestras categorías de ingeniería asistida por computadora, impresión 3D y software de diseño de productos y máquinas. Como tal, un futuro lleno de fabricación sostenible de repente no parece tan lejano. Con el mercado global de diseño generativo listo para crecer de $111 millones en 2018 a $275 millones para 2023, esperamos que surjan más iniciativas y tecnología de diseño generativo en el mercado. Esta tecnología puede ayudar a los diseñadores a centrarse en formas innovadoras de ingeniería, al mismo tiempo que forjan un mundo más sostenible.