Akým spôsobom odľahčujete diely a zostavy?

Využívame na to pokročilé výpočtové metódy, ktoré sú integrované v CAD systéme, a to konkrétne topologickú optimalizáciu a generatívny dizajn. Ich využitím vieme dosiahnuť ideálny tvar telesa vzhľadom na zadané okrajové podmienky, s takou rýchlosťou a presnosťou, akú nedosiahne žiadny konštruktér ani celé vývojové tímy.

Spomenuli ste dve metódy. Aký je medzi nimi rozdiel?

Existujúce komponenty alebo zostavy je možné odľahčovať (ak je tam potenciál na ich optimalizáciu), čo nám umožňuje topologická optimalizácia.  Tá vychádza už z vopred známeho tvaru telesa, kde je objem telesa odoberaný z jeho častí, kde sa vnútorné napätia prenášajú v najmenšej možnej miere. Preto vo výsledku zostáva len objem modelu, ktorý je z hľadiska mechanických vlastností pre funkčnosť podstatný, samozrejme s dostatočným koeficientom bezpečnosti.

Generatívny dizajn objem v priestore postupne tvorí a iteruje, preto je vhodný na vývoj nových dielov. Táto metóda je univerzálnejšia s vyššou efektivitou, keďže výstupom generatívneho dizajnu sú spravidla desiatky rôznych dizajnových možností, ktoré konštruktér už len vyhodnotí na základe rôznych kritérií a zvolí najvhodnejší dizajn.

Aké majú tieto metódy výhody oproti štandardnému procesu vývoja?

Na prvý pohľad to vôbec nie je evidentné, ale prinášajú viacero významných benefitov.

Obe metódy sú najefektívnejšie v spojení s aditívnou výrobou, keďže tá má najmenej výrobných limitácií, a teda dizajn výsledných modelov má spravidla najmenšiu hmotnosť. Je však možné systému definovať, že bude použitá technológia trieskového obrábania, napr. 3-osé alebo 5-osé frézovanie, liatie, vstrekovanie do formy a pod. Výsledný dizajn tak bude vyrobiteľný a navrhnutý priamo aj pre konvenčné technológie.

Primárne sa využívajú na redukciu hmotnosti. Na základe nami zrealizovaných projektov dokážeme potvrdiť priemernú redukciu hmotnosti o 30 až 40 % oproti konvenčnému dizajnu. Nižšia hmotnosť prináša nie len materiálovú úsporu, ale pre pohyblivé komponenty nižšiu zotrvačnosť, preto môžu optimalizované diely dosahovať vyššie rýchlosti akcelerácie a pod.

Ďalší benefit je spájanie zostáv do menších celkov, tzv. konsolidácia. Toto riešenie prináša rad priamych a nepriamych úspor súvisiacich s dodávateľským reťazcom, montážou alebo servisom.

V neposlednom rade je to rýchlosť vývoja. Pri využití generatívneho dizajnu máme po zadaní okrajových podmienok výstupy k dispozícií v priebehu niekoľkých hodín. Topologická optimalizácia s jedným dizajnovým riešením je spravidla ešte rýchlejšia. Následne sa modely ešte analyzujú a manuálne upravujú, avšak vieme celý vývojový cyklus výrazne skrátiť.

Ako jedna z mála firiem na Slovensku ste začali využívať metódu generatívneho dizajnu. Prečo ste sa rozhodli vôbec začať? 

Myšlienka vznikla priamo u nás v oddelení pre 3D tlač STEPANEK3D. Ako to býva na trhu zvykom, zákazníci sa u nás začali dopytovať a my sme si uvedomili rastúci záujem. Vyhradili sme teda kapacity a zdroje na interné pilotné projekty a vo fáze keď sme sa cítili byť pripravení sme zaradili generatívny dizajn ako službu pre zákazníkov.

Aké typy firiem využívajú túto metódu?

Povedal by som, že využitie generatívneho dizajnu nie je viazané na konkrétne odvetvie, čo ukazuje aj prax, aj keď je pravda, že primárne ju využívajú automobiloví výrobcovia a ich dodávatelia, letecké spoločnosti a následne strojárske spoločnosti. V prípade prvých dvoch je príčina dopytu zrejmá – firmy hľadajú hlavne nové spôsoby ako znížiť hmotnosť vozidiel a lietadiel, keďže sa to prejaví na nižšej dlhodobej spotrebe a lepších vlastnostiach.

Portfólio segmentov firiem však naznačuje, že záujem rastie z rôznych oblastí. Zahájili sme napríklad spoluprácu s popredným výrobcom pračiek a umývačiek riadu, kde sme realizovali viacero projektov. Taktiež sme optimalizovali aj ručné prípravky vo výrobe, s ktorými často manipuluje obsluha a zníženie hmotnosti tak zvyšuje komfort operátorov.

Keď je, podľa Vás, táto metóda taká efektívna, prečo sa doteraz nevyužívala vo väčšom meradle?

Myslím, že je to hlavne z dôvodov, že sa stále nedostala do širšieho povedomia a súčasne na trhu nie je dostatok odborníkov, ktorý by ju mohli odborne zastrešiť.

Jedná sa o relatívne novú metódu, a preto ešte na trhu prebieha jej postupná adaptácia. Dostáva sa k nám prevažne zo zahraničia. Slovenské firmy väčšinou vývoj tohto charakteru kooperujú a to aj z dôvodu potreby vyššej úrovne know-how.

Vzhľadom na zložitú optimalizovanú geometriu, mnohokrát prakticky nevyrobiteľnú konvenčnými technológiami, začal byť generatívny dizajn zaujímavý až v spojení s aditívnymi technológiami (3D tlač), ktoré vyzreli do použiteľnej technológie až v posledných rokoch.

Myslíte si, že generatívny dizajn zmení proces vývoja ako ho poznáme?

Myslím, že veľmi radikálne. Konštruktér má v procese generatívneho dizajnu stále nezastupiteľnú úlohu pri určovaní okrajových podmienok, výbere finálneho dizajnu a následnej manuálnej úprave a kalkuláciách. Jeho úloha bude teda stále dôležitá, zmení sa však charakter tejto práce ako aj možnosti jednotlivca. A hlavne výrazne narastie efektivita vývoja, a teda čas vývoja klesne na minimum pri náraste úspešnosti vhodne navrhnutých dielov alebo zostáv.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=mKviaw_aPWM