Различные технологии аддитивного производства и их использование с генеративным проектированием
Рассмотрим несколько технологий аддитивного производства, которые могут эффективно применяться с генеративным проектированием. Обратим внимание на их уникальные процессы, материалы и возможности.
- Экструзия материала (FFF/FDM):
FFF работает путём экструзии термопластичных нитей. Благодаря своей доступности и универсальности этот метод широко используется для прототипирования и мелкосерийного производства. FFF подходит для создания сложных и лёгких компонентов, спроектированных с помощью генеративного проектирования, особенно для прототипов и функциональных деталей в автомобильной промышленности и в производстве потребительских товаров.
- Стереолитография (SLA):
SLA использует лазер для отверждения жидкой фотополимерной смолы, создавая высокоточные и детализированные изделия. Эта технология подходит для изготовления изделий сложной геометрии, требующих высокой точности и гладкой поверхности, и часто используется в стоматологической, медицинской и ювелирной промышленности.
- Селективное лазерное спекание (SLS):
SLS предполагает использование лазера для выборочного спекания порошкообразных материалов, чаще полимеров и эластомеров. Детали, получаемые по этой технологии, имеют высокую изотропность, долговечность, и не используют поддерживающие структуры, что в полной мере подчёркивает синергию между революционными технологиями проектирования и производства. Детали по SLS технологии широко применяются в авиастроении, автомобильной и медицинской промышленности для функциональных прототипов и конечного использования.
- Селективное лазерное плавление (L-PBF/SLM):
SLM — это процесс аддитивного производства металлов, в котором задействованы один или множество мощных лазеров для плавления частиц металлического порошка, создавая высокоплотные металлические детали. Эта технология подходит для производства высокопрочных и сложных металлических компонентов для различных отраслей промышленности, включая авиастроение, космонавтику, автомобилестроение и медицину. Генеративное проектирование и SLM — это наилучший симбиоз, в который поверили и используют на постоянной основе многие прогрессивные предприятия.
- Электронно-лучевое плавление (ЭЛП/EBM/EB-PBF):
В EBM используется электронный луч для плавления частиц металлического порошка в вакуумной камере. Эта технология позволяет печатать высокопрочные детали для авиастроения, космонавтики, автомобилестроения, энергетики, оборонной и медицинской промышленности. EBM подходит для производства высокопроизводительных металлических деталей со сложной геометрией и внутренней структурой, часто создаваемых с помощью алгоритмов генеративного проектирования.
- Экструзия материала (MJ/MJM):
Технология MJ предполагает послойное нанесение жидких фотополимерных материалов, причём в разных цветах, прозрачности и эластичности, что позволяет создавать высокоточные, детализированные, и высокореалистичные изделия. Эта технология обычно используется для прототипирования, создания анатомических моделей, предметов декора, моды, ювелирных изделий. Если к генеративному проектированию добавить цветовое выделение частей деталей или группы, то симбиоз способен доказать и указать на единственно верный выбор этих инновационных решений.
Рис. Система аддитивных технологий (Логика слоя)
Сочетание этих технологий аддитивного производства с генеративным проектированием меняет правила игры в современной промышленности, и это не просто громкие фразы или лозунги для привлечения внимания. Используя сильные стороны обеих технологий, дизайнеры и инженеры могут расширить границы инноваций и создавать продукты, которые являются более эффективными и адаптированными к конкретным требованиям эксплуатации. Эта синергия производит революцию в сфере проектирования и производства и открывает новые возможности для разработки продукции.
Сравнение затрат с генеративным проектированием и без него
|
Затраты с ГП |
Стоимость без ГП |
|
Инструменты генеративного проектирования могут работать из облака по подписке и быть дешевле на старте (например, Autodesk Fusion 360 стоит около 495 долларов США в год). |
Традиционные инструменты САПР, если их приобретать в коробочной версии с бессрочной лицензией, стоят дороже на старте, но обходятся дешевле при долгосрочном использовании (например, бессрочная лицензия SolidWorks стоит около 3 995 долларов США). |
|
Значительное сокращение времени и стоимости проектирования за счет автоматизированной генерации. |
Более длительные циклы проектирования, множество итераций и более высокие трудозатраты из-за работы инженеров. |
|
Часто используется аддитивное производство, которое может быть экономически эффективным для сложных конструкций без дорогостоящей оснастки. |
Более высокие затраты на подготовку производства и оснастку при традиционных методах производства. Кроме того, требуется больше физических прототипов, что увеличивает затраты на прототипирование. |
|
Обычно используется оптимальное количество материала, при этом сокращается время изготовления и потери. |
Менее эффективное использование материалов, что приводит к увеличению затрат на материалы и увеличению отходов. |
Текущее состояние и перспективы развития отрасли
Генеративное проектирование находится на переднем крае разработки продуктов, производя революцию в отраслях благодаря своей способности создавать оптимизированные и персонализированные решения. От повышения эффективности компонентов самолетов до совершенствования мобильности электрических инвалидных колясок и пошива кроссовок — интеграция с 3D-печатью становится нашим будущим с возможностями безграничной индивидуализации продуктов.
Этот симбиоз способствует инновациям и устойчивому развитию за счет минимизации использования материалов и потребления энергии. Автомобилестроение, авто- и мотоспорт, авиастроение и космонавтика, без сомнения, получают выгоду от облегченных конструкций, повышающих топливную экономичность и снижающих воздействие на окружающую среду. Рынок стимулируется растущим спросом на передовые дизайнерские решения, активным внедрением технологий искусственного интеллекта и машинного обучения, повышенным вниманием к устойчивости и эффективности использования ресурсов в проектировании, интеграцией генеративного проектирования с аддитивным производством, быстрым ростом облачного генеративного проектирования. Однако, несмотря на то что генеративное проектирование предлагает беспрецедентную гибкость в разработке продукции, оно не заменяет опыт инженеров и дизайнеров, а дополняет их профессиональные навыки, открывая путь к более эффективным и продуктивным рабочим процессам.
Приведём ниже несколько полезных чисел в рамках обсуждаемой статьи:
- В 2023 году мировой рынок генеративного проектирования оценивался в 258,8 млн долларов США. В течение 2024-2032 гг. он может демонстрировать среднегодовой темп роста 15,06% до 948,7 млн долларов США уже к 2032 году (IMARC GROUP, 2024).
- Глобальный же рынок продуктов, использующих искусственный интеллект, достиг 92,6 млрд долларов США в 2023 году и, как ожидается, приблизится к отметке 737,1 млрд долларов США в 2032 году (IMARC GROUP, 2024).
- Мировой рынок ИИ для производства, который в 2023 году оценивается в 3,2 млрд долларов США, достигнет 20,8 млрд долларов США к 2028 году. (Markets and Markets, 2024)
- Объём мирового рынка АП при CAGR 11,1 % составил 20,04 млрд долларов США в 2023 году и в 2033 году приблизится к 100 млрд долларов США (Wohlers Report, 2024).
- Около 13% мировых стартапов из сферы АП сегодня вовлечены в процесс разработки ПО, в том числе и с генеративным дизайном (Wohlers Report, 2024).
Рассмотрим некоторые тренды, которые стоит отметить в развитии технологии генеративного проектирования.
Перспектива трёх лет:
- Растущая популярность дронов в первую очередь будет стимулировать мировой рынок генеративного проектирования.
- Автомобильная промышленность будет оказывать сильное влияние на развитие рынка.
- Будет происходить наращивание знаний и ресурсов в каждой стране для широкого спектра отраслей.
- Распространённой практикой станет стратегическое партнерство и сотрудничество с другими поставщиками технологий и лидерами отрасли.
Перспектива пяти лет:
- Глобальный рынок генеративного проектирования будет тесно взаимодействовать с разработчиками в автомобильной и аэрокосмической промышленности, ОПК, промышленном производстве, здравоохранении, архитектуре и строительстве, способствуя общему росту рынка.
- Доминирование Северной Америки будет все более явным, поскольку регион обладает сильной экосистемой технологических компаний, инновационных стартапов и исследовательских институтов.
Продолжающаяся эволюция программного обеспечения для генеративного проектирования обещает инженерам новые возможности для инноваций, позволяя создавать объекты, которые не только эффективны, но и эстетичны. Однако проблемы сохраняются, особенно в обеспечении структурной целостности и функциональных характеристик, а также масштабировании производства для массового внедрения.
По мере развития технологий 3D-печати и генеративного дизайна их потенциал для стимулирования прогресса и повышения эффективности во всех отраслях будет только расти. Пришло время обзавестись с помощью инновационного генеративного проектирования армией виртуальных инженеров, способных в мгновение ока создать органически вписываемые в нашу жизнь шедевры.
