Há cerca de sete anos, a impressão 3D estava em alta. Por alguns meses, até anos, foi uma das tecnologias mais discutidas no mercado, com o potencial de realmente revolucionar a forma como fabricamos.

Enquanto a impressão 3D desapareceu dos holofotes, ela silenciosamente fez grandes avanços em sustentabilidade, saúde e arquitetura. Na verdade, ao longo dos anos, a impressão 3D tem sido usada para imprimir órgãos, casas e até recifes de coral inteiros.

Enquanto a compreensão dos usuários sobre a tecnologia evoluiu, um novo caso de uso—design generativo—surgiu. Este é talvez o elemento mais transformador da tecnologia de design desde a introdução da impressão 3D em si.

As soluções de design generativo criam designs que seriam impossíveis usando métodos de fabricação tradicionais. Esta tecnologia usa computação em nuvem e métodos de fabricação aditiva (impressão 3D) para percorrer milhares de designs.

Além disso, o design generativo incorpora aprendizado de máquina para entender mais sobre o design após cada iteração e descobrir o que funciona—e o que não funciona. Este processo resulta em designs incrivelmente imaginativos, tipicamente fora do alcance da criatividade humana. Sem mencionar que pode fazer isso em um ritmo acelerado.

Enquanto o design generativo beneficia grandemente os engenheiros que gostariam de economizar tempo, ele também impacta a sustentabilidade na fabricação de várias maneiras.

Para a terceira coluna na série The G2 on Sustainable Design, continuarei focando na sustentabilidade e no software, discutindo várias maneiras pelas quais o design generativo impactou—e continuará a impactar—o futuro da sustentabilidade na fabricação e no design.

Desde a criação de novos sistemas de asa traseira para carros até a criação de divisórias totalmente inimagináveis para aviões, o futuro do design generativo é empolgante e verdadeiramente revolucionário.

Design generativo e sustentabilidade

O design generativo auxilia a sustentabilidade de duas maneiras principais:

• • O design generativo usa menos matéria-prima
  • O design generativo usa menos energia com a fabricação aditiva

A tecnologia de design generativo permite que os usuários insiram uma variedade de parâmetros de design, incluindo a quantidade de matéria-prima usada. Engenheiros que anteriormente pensavam que um design precisava de mais matéria-prima, agora o design generativo pode reduzir a quantidade em até 40%.

Claudius Peters, um fabricante de 113 anos de transportadores pneumáticos, silos e resfriadores de clínquer, recentemente aproveitou o design generativo para reduzir o uso de material da empresa. Após avaliar várias iterações de design, a empresa decidiu otimizar um resfriador de clínquer, uma máquina maciça que resfria rocha derretida de 1400°C a 100°C (2550°F a 212°F).

A equipe da Claudius Peters inseriu parâmetros, e a tecnologia de design generativo produziu iterações completamente únicas do resfriador de clínquer. O resultado? Um novo design que era 30–40% mais leve e usava 25% menos material. O design generativo efetivamente criou uma transformação digital para uma empresa de 100 anos que entendeu a importância de adotar novas tecnologias. Como em todas as indústrias, a tecnologia e o software mais recentes permitiram que eles permanecessem competitivos, alterando a forma como concebem designs.

Como o peso e o material geral do resfriador de clínquer foram reduzidos, a empresa pôde mudar onde fabricava a peça, impactando ainda mais sua sustentabilidade.

Além da redução de matéria-prima, o design generativo pode melhorar a sustentabilidade por meio da fabricação aditiva, também conhecida como impressão 3D.

A Bugatti Automobiles recentemente combinou impressão 3D e design generativo para inovar um sistema de controle de asa para o carro esportivo Chiron de 1.500 PS. Usando NX e Simcenter, duas soluções de design de produto e máquina que têm capacidades de design generativo, a Bugatti criou um novo design leve para seu sistema de controle de asa.

O novo design gerado pelo software substituiu peças originalmente metálicas por fibra de carbono. A impressão 3D foi usada para imprimir o sistema de asa traseira com fibra de carbono para os dois tubos de guia e a haste de acoplamento traseira.

Com este ajuste chave, a quantidade de matérias-primas usadas na produção do sistema de asa traseira será muito menor. Como resultado, o processo de fabricação usará menos matérias-primas e será mais sustentável.

A impressão 3D é um método mais sustentável do que a fabricação regular, pois usa apenas a quantidade exata de material necessária para produzir uma peça.

O futuro do design generativo

Embora esteja claro que o design generativo já deixou sua marca na fabricação sustentável, ele está realmente apenas começando. Muitas empresas na indústria de fabricação estão atualmente explorando o design generativo como uma ferramenta para trabalhar em direção a métodos de fabricação mais acessíveis e sustentáveis.

Uma empresa que explora casos de uso futuros para o design generativo é a corporação aeroespacial europeia Airbus. Em um estudo de caso com a Autodesk, a Airbus usou o design generativo para criar uma nova divisória que separa o compartimento de passageiros da galley na cabine do Airbus A320. O objetivo era tornar a nova divisória mais leve, com no máximo uma polegada de espessura, e forte o suficiente para ancorar dois assentos para comissários de bordo.

Claro, esta não foi uma tarefa fácil. A Airbus usou parâmetros de design literal e figurativamente fora do molde normal. O resultado foi um design híbrido baseado em dois padrões de crescimento encontrados na natureza: mofo de limo e ossos de mamíferos.

Para fazer a divisória real, a equipe usou impressão 3D para produzir 100 peças separadas; combinadas, essas peças criaram uma grande divisória. Eles a apelidaram de "a divisória biônica".

Uma vez que a Airbus completou a divisória biônica, a equipe calculou a quantidade de combustível economizada com a nova divisória. Para cada 1 quilograma (2,2 libras) de redução de peso, 106 quilogramas (233,2 libras) de combustível de aviação são economizados por ano, diminuindo a pegada de carbono das viagens aéreas. Cada divisória é aproximadamente 30 quilogramas (66 libras) mais leve do que a divisória padrão. Além disso, se a divisória biônica fosse instalada em toda a cabine, 1.100 libras de peso seriam removidas. A diminuição no combustível cortaria as emissões de CO2 em 166 toneladas métricas por aeronave por ano. Isso é aproximadamente 366.000 libras em volume, ou cerca de 900 vezes o tamanho de uma banheira. Finalmente, a impressão 3D da divisória usa apenas 5% da matéria-prima em comparação com o processo tradicional de usinagem de peças a partir de um bloco de metal. Isso também reduz as emissões e forja um método de fabricação mais sustentável.

Embora pareça que as ferramentas usadas para fazer a divisória biônica sejam bastante avançadas, muitas das ferramentas já existem na G2 em nossas categorias de engenharia assistida por computador, impressão 3D e software de design de produto e máquina. Como tal, um futuro cheio de fabricação sustentável de repente não parece tão distante.

Com o mercado global de design generativo definido para crescer de $111 milhões em 2018 para $275 milhões até 2023, esperamos que mais iniciativas e tecnologias de design generativo surjam no mercado. Esta tecnologia pode ajudar os designers a se concentrarem em maneiras inovadoras de engenharia, enquanto simultaneamente forjam um mundo mais sustentável.