ジェネレーティブ デザインのような問題をどのように解決しますか?

ジェネレーティブ デザイン ソフトウェアは、思ったほど普及していません。今日のグリーン意識の高い環境では、製造におけるリソースを最小限に抑えることは当然のことであり、ジェネレーティブ デザインが得意とする課題です。それなのに。

ジェネレーティブ デザインの導入に消極的なのには理由があります。

• それは高価でした。オートデスクはかつて、1 シートあたり年間 8,000 米ドルを請求していました (ソース）、今は少なくなりましたが
• これは製造プロセスの追加ステップです: 設計 -> 生成的最適化 -> シミュレーション -> 機械加工
• 通常、有機的な出力はメッシュまたは NURBS ですが、従来の MCAD プログラムでは編集が困難です。
• 骨成長アルゴリズムの使用 (ソース）その結果、格子の穴で満たされたこぶ状で細長い形状が得られ、3D プリントは簡単ですが、通常の CNC 工作機械で製造するのはより困難であり、ランニングコストがはるかに安く、より一般的に使用されています。

ジェネレーティブ デザインの最終的な目的は、設計と製造を自動化することであり、一部の CAD ベンダーは自社の製品を「人工知能」と呼ぶようになりました。

そのアイデアは、デザイナーが制約を指定すると、ジェネレーティブ デザイン ソフトウェアが最適化されたパーツを出力し、それが 3D プリンターで製造されるというもので、すべて自動的に行われます。制約には、部品が適合する必要がある体積、他の部品との接続点、許容応力、および許容可能な材料が含まれます。

40歳からのジェネレーティブ デザイン

40歳のとき（ソース)、レガシー ジェネレーティブ デザイン ソフトウェアには新しい考え方が必要です。私は、InfinitForm と Hyperganic という 2 つの企業が、積層造形 (3D プリンティング) 向けの設計は難しすぎると主張して、再考を試みていることに気づきました (ソース）そして高すぎる（ソース) — CNC マシンを使用するなどのサブトラクティブ マニュファクチャリングと比較。 InfinitForm は、最終的にはジェネレーティブ デザイン ソフトウェアが設計から製造までの作業の 99% を実行できるようになるだろうと予測しています。

各企業は独自のジェネレーティブ デザイン ソフトウェアを作成し、アルゴリズム デザインに取り組んでいますが、逆の結果が生じています。 InfinitForm の場合、解決策は、サブトラクティブ マニュファクチャリングに適した角柱形状を生成ソフトウェアに出力させることです。 Hyperganic の場合、解決策は設計コストを削減することです。

InfinitForm: CNC 向けジェネレーティブ デザイン

Michael Bogomolny は、トポロジー最適化の博士号を取得した後、最初のジェネラル デザイン会社を設立しました (その後、Carbon 3D に売却されました)。彼は CogniCAD で、力の方向に格子粒子のバイアスを持たせることで、人工骨の微細構造をより正確にエミュレートする方法を発見しました。

私とのインタビューで（ソース）、Bogomolny 氏は、CongiCAD を辞めた後、ジェネレーティブ デザイン ソフトウェアからプリズム パーツを取得できるのではないかと考えたと述べました。平らな側面と丸い円弧を備えた角柱部品は、3D MCAD ソフトウェアで編集可能であり、通常ジェネレーティブ デザインで作成される有機的な形状よりも CNC ツールでの加工が容易です。

彼が CNC マシンをターゲットにしたのは、3D プリンタよりもランニングコストが安く、一度セットアップすれば大量生産に最適だからです。彼は、角柱状の形状は、有機的な形状よりも座標測定機での測定がより正確であるという利点があると述べています。アルミニウムインゴットのような固体材料を扱うということは、材料の内部に何があるのかを知ることを意味しますが、3D プリントされた材料の場合は必ずしもそうではなく、したがって 3D プリントされた材料は航空宇宙などの重要な部品には使用されないと彼は主張します。

2024 年 5 月、彼の会社はクローズド ベータ版でステルス モードから抜け出しました。ソフトウェアは、最小限の材料と最大限の製造性の間の最適な妥協点を見つけ出し、面を角柱状、つまり丸い円弧を持つ平らな面になるように調整します。フィレットは切削工具の半径を想定しており、狭いウェブとスロットは機械加工に十分な幅に作られています。厄介な骨のような構造物はありません。

私は Bogomolny 氏に、ジェネレーティブ デザインからこれらの平らな側面をどのようにして実現するのかを尋ねました。 「それは私たちの秘伝のソースです」と彼は答えた。私の推測では、InfinitForm は、道路建設における土木技師の切り盛り操作のようなものを実行します。つまり、ある領域から材料を除去して別の領域に追加し、同時に部品が制約を満たしているかどうかを繰り返しチェックします。

角柱状であるため、部品を 3D MCAD プログラムに取り込んで、InfinitForm が残した不要な機能などの設計を調整できます。たとえば、私が見たデモでは、最終結果に浅いディンプルがいくつかありましたが、これは調整する必要があります。編集されて消えた。

InfinitForm は、D2M (設計から製造) プロセスを数週間から数分に短縮すると主張しています。パーツの複雑さ、およびオーガニック出力とプリズム出力の両方が必要かどうかに応じて、パーツの処理には通常 4 ～ 20 分かかります。

まず、カーネルは OpenCASCADE でしたが、プログラムは現在 Parasolid に移植されており、Solidworks などの MCAD プログラム内で InfinitForm を実行できるようになりました。現時点では、Amazon のクラウドを使用した CUDA に基づいており、nVidia の超並列 GPU を使用しています。 [graphical processing unit] スピードのために。計画では、最終的にはデスクトップ上でも GPU 上でも実行できるようにする予定です。

2024年、InfinitFormはSchematic Venturesからシード資金として非公開の金額を調達した。彼は会社を売却するつもりはありませんが、会社を大きな会社に育てたいと考えています。このソフトウェアはまだクローズドベータ版であるため、価格は設定されていませんが、今年の第 4 四半期に出荷される予定です。 https://infinitform.com/

Hyperganic: より安価な 3D プリント

Hyperganic の共同創設者である Lin Kayser 氏も、3D プリンターは高価すぎるという点で Bogomolny 氏に同意しています。メーカーは製品を手作りしており、それらは「高級車のように一台ずつ販売され」、3D プリント材料に「法外な」金額を請求していると同氏は語った。ソース）。

しかし、部品の製造方法についてはボゴモリヌイ氏の意見に反対している。 Kayser 氏は、CNC マシンは一度に 1 種類の部品しか大量生産できないため、制限が多すぎると感じています。次の部品を大量生産するには、高価な切り替えが必要になります。 3D プリンターはその性質上、異なる部品の製造を簡単に切り替えることができます。そこで彼の解決策は、3D プリンターファームで大量生産することで 3D プリンターの価格を大幅に下げることです。

しかし、問題は、価格低下は単なるアイデアにすぎないということだ。カイザーは 3D プリンター会社を所有していない。そこで、彼の以前の会社 (彼はもう Hyperganic に所属していない) が反対側に取り組んでいます。 HyDesign の専門知識は、3D パーツを迅速に生成し、大きすぎず高品質のファイルを 3D プリンターにエクスポートすることです。このジェネレーティブ デザイン ソフトウェアのカーネルには、速度向上のためにアセンブリ コードが最適化されており、クラウド上で実行されます。

Hydesign では、TPMS (三重周期最小曲面) 機能を使用して格子を定義できます。この機能では、部品の各点に材料または空間があるべきかどうかがアルゴリズムによって決定されます。あるいは、BASF の Forward AM から UltraSim 格子ライブラリにアクセスすることもできます。材料とその特性を調査するため (ソース）。

Hyperganic は、エンジニアリングから製造までのワンストップ ソリューションになりたいと考え、DirectFEM (有限要素解析) を買収しました。これは、Hydesign のボクセル データ モデルを直接操作するための準メッシュレス手法を導入しています (ソース）。従来の FEM のボトルネックであるメッシュ作成は必要ありません。ユーザーは、アルゴリズムで設計されたオブジェクトを迅速に評価できます。

現在、Hydesign は STL (MCAD から) および OBJ ファイル (工業デザインから) をインポートし、PNG ラスター イメージを配置してフィーチャを定義します。ロードマップでは、将来的にはネイティブ CAD 形式のインポートが計画されています。プロダクト マネージャーの Weijie Zhao 氏は、InfinitForm の Bogomolny 氏の指摘と同様、任意のボクセル ジオメトリ表現から CAD 境界表現 (b-rep) を生成する実用的な数学的アプローチがないため、現時点ではネイティブ CAD フォーマットへのエクスポートはないと私に語った。ただし、モデルを積層造形用に最適化された 3MF 形式にエクスポートすることはできます。

2021年、Hyperganicは以前の非公開資金に加えて、HV Capitalおよびその他の投資家から780万ドルを受け取りました。ソフトウェアの価格は月額 e25 (約 37 カナダドル) からで、オートデスクのジェネレーティブ デザインへのアクセス料金の約 6 分の 1 です。無料トライアルは次の場所で利用できます https://www.hyperganic.com。

結論

これらの企業はどちらも新興企業であり、アルゴリズム エンジニアリングの能力を強化しています。メーカーはコストを削減する方法を模索していますが、悲しいことに、その方法の 1 つは、デザイナーをこれらの D2M ソフトウェア プログラムに置き換えることかもしれません。しかし、私の予感としては、99％の置き換えは決して起こらないでしょう。

[This article first appeared in Design Engineering magazine and is reposted with permission.]