Thiết kế sáng tạo (generative design) là quy trình thiết kế dựa trên máy tính và AI, tự động tạo ra sản phẩm dựa trên các yêu cầu và ràng buộc do người dùng đặt ra. Hay nói tóm lại, phần mềm thiết kế một bộ phận hoặc sản phẩm dựa trên các thuộc tính của sản phẩm và mục tiêu thiết kế do người dùng đề xuất. In 3D có đủ lợi thế để sản xuất các bộ phận được thiết kế tổng quát.
Càng nhiều biến được nhập vào phần mềm thiết kế tổng quát, chẳng hạn như mục đích sử dụng, phương pháp sản xuất, vật liệu sẵn có, v.v., thì thiết kế máy tính sẽ tạo ra càng tốt. Các sản phẩm được thiết kế bằng phần mềm thường có hình dạng đường cong và cấu trúc giống với hình dạng của cành cây hoặc khung xương. Thiết kế sáng tạo đã được ví như quá trình thử và sai tiến hóa mà tự nhiên trải qua để đi đến các cấu trúc tối ưu và với tốc độ nhanh hơn nhiều. Sử dụng Generative Design có nhiều ưu điểm như tiết kiệm vật liệu nhưng vẫn đảm bảo độ bền cao.
Ví dụ, giá đỡ bên dưới, giá đỡ bên phải là thiết kế ban đầu. Thanh nẹp bên trái là bộ phận được tối ưu hóa để giảm sử dụng vật liệu trong khi vẫn giữ nguyên độ bền và phù hợp với cùng kích thước. Giàn giáo cuối cùng có thể được ép phun, gia công hoặc in 3D. Các thiết kế do AI tạo ra thường phức tạp đến mức chúng chỉ có thể được sản xuất thông qua phương pháp in 3D.
Mạnh mẽ như thiết kế chung, nó sẽ không thay thế các nhà thiết kế hoặc kỹ sư. Phần mềm thiết kế sáng tạo chỉ là công cụ họ sử dụng để tăng tốc độ thiết kế và tối ưu hóa các bộ phận. AI có thể tạo ra nhiều kết quả khác nhau, so sánh sự khác biệt giữa các kết quả khác nhau và tìm ra giải pháp tối ưu, điều mà các nhà thiết kế khó có thể làm được trong thời gian ngắn.
Nhiều sản phẩm phần mềm có các khả năng thiết kế tổng quát sử dụng các thuật toán để dịch các yêu cầu của bộ phận thành hình dạng và thiết kế của sản phẩm. Tuy nhiên, thay vì tạo ra hàng chục hoặc hàng trăm tùy chọn, chúng cải thiện các phần riêng lẻ (nghe có vẻ giống thiết kế tham số). Hai khái niệm này tương tự nhau, nhưng thiết kế tổng quát thường gắn liền với nhiều tùy chọn cho một thiết kế hơn là nhiều lần lặp lại.
Phần mềm thiết kế sáng tạo
Các thuật toán tối ưu hóa hình dạng, hay tối ưu hóa cấu trúc liên kết, từ lâu đã giải quyết một trong những vấn đề kỹ thuật cơ bản nhất: làm thế nào để tạo ra các bộ phận đủ chắc chắn với ít vật liệu nhất có thể. Thiết kế sáng tạo AI ngày nay tiến thêm một bước, cung cấp rất nhiều tùy chọn. Điều quan trọng là các kỹ sư không còn bị giới hạn bởi trình độ kỹ năng, kinh nghiệm hay khả năng sáng tạo của họ. Khi kết thúc phân tích thiết kế chung, các kỹ sư có một khái niệm có thể được khám phá và tinh chỉnh thêm hoặc một giải pháp thiết kế sẵn sàng để sản xuất đáp ứng đầy đủ tất cả các yêu cầu của dự án về trọng lượng, tải trọng, vật liệu, v.v.
Thiết kế sáng tạo là một công cụ sáng tạo và giống như nhiều quy trình được máy tính hỗ trợ khác, nó cần con người điều khiển. Do đó, thành công có liên quan đến chất lượng của dữ liệu được nhập bởi người dùng. Ở đây chúng ta có thể mượn khái niệm GIGO từ khoa học máy tính (“garbage in,garbage out”), dữ liệu vào sai sẽ cho ra kết quả sai. Mặc dù các công cụ thiết kế chung cho phép hầu hết mọi người thành thạo các thiết kế phức tạp, nhưng đừng đánh giá thấp kỹ năng cần thiết để xác định chính xác các điều kiện ban đầu cho phần mong muốn. Nói chung, thông tin cần thiết cho phần mềm thiết kế tổng quát để giải quyết vấn đề bao gồm:
●Các ràng buộc vật lý đối với không gian thiết kế, bao gồm từng giao diện của bộ phận mới trong tổ hợp lớn hơn (chẳng hạn như lỗ lắp) và không gian mà bộ phận mới không thể chiếm. Thiết kế sáng tạo thường được sử dụng để thiết kế lại các bộ phận để chiếm ít không gian hơn.
● Các điều kiện biên đối với lực và tải trọng, bao gồm những khu vực nào cần được tăng cường hoặc đơn giản hóa để chịu được ứng suất của chuyển động hoặc vận hành.
● Tiêu chí hoặc thiết lập mục tiêu, chẳng hạn như giảm thiểu khối lượng hoặc chi phí của một bộ phận và xác định hệ số an toàn cần thiết cho dự án.
●Tính khả thi của quy trình sản xuất, đây là ưu điểm của sản xuất in 3D. Bản thân in 3D có tính linh hoạt cực cao, rất phù hợp cho việc sản xuất các bộ phận của thiết kế tổng quát.
●Vật liệu sản xuất. Nếu nhiều hơn một vật liệu được chọn, các giải pháp thiết kế khác nhau sẽ được cung cấp cho từng vật liệu để đáp ứng các yêu cầu của dự án.
Những lợi ích của thiết kế chung là gì?
Bây giờ chúng ta đã hiểu thiết kế tổng quát thực sự là gì và nó có thể làm gì, hãy xác định những lợi ích thiết thực của việc áp dụng những công cụ này trong sản xuất bộ phận:
● Sáng tạo. Thiết kế sáng tạo loại bỏ tất cả các ràng buộc sáng tạo liên quan đến quy trình thiết kế truyền thống, tạo ra các hình dạng và hình thức độc đáo tốt nhất mà con người không thể tưởng tượng được.
● Cân bằng các ưu tiên. Nó có thể khám phá các giải pháp dựa trên các khía cạnh hiệu suất và khả năng sản xuất đã có sẵn tại một địa điểm nhất định.
● Giảm phân tích. Mô phỏng tính toán và thử nghiệm tích hợp giúp giảm bất kỳ phân tích kỹ thuật hỗ trợ máy tính ảo (CAE) tốn kém nào.
●Giảm khối lượng công việc. Nó giải phóng các chuyên gia khỏi các nhiệm vụ thử và sai tẻ nhạt và tăng năng suất bằng cách cung cấp hàng trăm giải pháp thiết kế khả thi.
● Giảm lỗi của con người. Bằng cách tự động hóa phần lớn quy trình thiết kế, nguy cơ đưa lỗi của con người vào thiết kế sẽ giảm đi.
● Giảm chi phí. Tiết kiệm tiền bằng cách cung cấp các thiết kế hiệu suất cao với mức sử dụng vật liệu ít hơn và bằng cách giảm thời gian phát triển cũng như thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.
●Sáp nhập một phần. Đặc biệt khi sử dụng các quy trình sản xuất bồi đắp, các kỹ sư có thể khám phá các cơ hội để hợp nhất các bộ phận và thay thế toàn bộ cụm lắp ráp bằng một bộ phận duy nhất. Điều này có thể có tác động kinh tế tích cực đối với chuỗi cung ứng và các chương trình bảo trì.
Thuật toán và thẩm mỹ: Tương lai của Generative Design
Khi Internet vạn vật và trí tuệ nhân tạo trở nên phổ biến hơn trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, thiết kế tổng quát có thể trở thành tiêu chuẩn trong thiết kế sản phẩm. Công nghệ này cung cấp các thiết kế không chỉ có tác động tích cực đến ngành mà còn đối với môi trường Vì cần ít tài nguyên hơn để sản xuất các sản phẩm hàng ngày. Hiện tại, tốc độ phát triển của phần mềm thế hệ cũng rất nhanh, bao gồm Fusion 360, Creo Generative Design Extension, Ansys Discovery, nTopology, Dassault Systèmes CATIA Generative Design Engineering, v.v. Bạn có thể sử dụng những phần mềm này kết hợp với quy trình in 3D để tạo các bộ phận thiết kế chung của riêng bạn.