El diseño generativo permite una fabricación automatizada para todos los públicos

Original por Redshift

 

En tanto que fabricante, seguramente sabrá lo que es el diseño generativo. Aun así, su verdadera definición no está exenta de dudas.

 

Entre los expertos en fabricación muchas personas aseguran que el diseño generativo es tan solo una parte de la optimización topológica o del modelado procedimental. Lo cierto es que el diseño generativo supone un cambio de enfoque mucho más profundo, dado que se trata de un proceso impulsado por la inteligencia artificial que saca partido de la nube para generar innovación explorando miles de posibilidades en lugar de eliminar el exceso de material de una idea ya concebida, como hace la optimización topológica.

 

De conocerlo, sabrás que el diseño generativo brinda enormes posibilidades al futuro de la fabricación automatizada. Posiblemente pienses también que la tecnología solamente es útil para obtener geometrías complejas que son solamente posibles de conseguir con fabricación aditiva.

 

 

Este módulo de descenso interplanetario, resultado de la investigación conjunta entre el Jet Propulsion Laboratory de la NASA y Autodesk, es prueba de un excitante proyecto de diseño generativo y fue posible hacerlo combinando la impresión aditiva de metal con fundido y fresado.

 

Lo cierto es que muchos de los ejemplos de diseño generativo que hemos podido ver hasta la fecha han sido piezas complejas, con frecuencia de aspecto estrambótico, impresas en metal. Esto en parte se explica por qué su producción ha estado desconectada de los medios tradicionales de fabricación. Además, para aquellas empresas del sector de la fabricación que no pueden permitirse una impresora 3D para metal de 1 800 000 euros, se trata de una tecnología a la que es muy difícil acceder o poco relevante.

 

Muchas formas de fabricación automatizada son en un principio demasiado costosas o complejas para su plena adopción. En la década de 1960, cuando aparecieron los primeros robots industriales, únicamente empresas como General Motors podían permitírselos. El diseño generativo, es decir, el proceso automático que consiste en crear una geometría de diseño basada en resultados de simulaciones generados con conocimiento del proceso de fabricación, es la última tecnología que parece no estar al alcance de todo el mundo. Las buenas noticias para los fabricantes son que las posibilidades de la automatización del diseño generativo están creciendo con miras a incluir en adelante nuevos procesos de fabricación que complementen la fabricación tradicional.

 

Cuando fabricar es complicado, como por ejemplo con el fundido o por la mecanización, el software del diseño generativo puede proporcionar resultados válidos, ya que se adecúa a las herramientas y equipos disponibles en el taller. Se trata de soluciones no únicamente factibles, sino también asequibles.

 

Imaginemos, por ejemplo, tres posibles versiones de una pieza metálica para una silla de ruedas, obtenidas por medio del mismo diseño generativo. Cada una de ellas es la misma en esencia, cumple con los mismos requisitos en cuanto a función y rendimiento, está hecha del mismo material y tiene aproximadamente la misma forma. La única diferencia es el proceso de fabricación, pero como veremos más adelante, no todos los procesos están hechos a imagen y semejanza.

 

 

En la imagen vemos una pieza hecha con diseño humano y dos versiones hechas con diseño generativo fresadas en máquinas CNC de 3 ejes y de 2,5 ejes.

 

La pieza original es de metal fundido a presión y cuesta aproximadamente 13,5 euros una vez amortizados todos los costos de las herramientas. La versión fresada de 3 ejes puede fabricarse en un centro más corriente de mecanizado, pero su costo de fabricación ronda los 90 euros, debido a todo el tiempo que lleva mecanizar la forma orgánica. La tercera opción —con fresadora de 2,5 ejes— parece una utopía porque presenta una pieza que hace lo mismo que la pieza fundida a presión, pero por poco más de 20 euros. Por aproximadamente el mismo precio, es posible obtener la mejor solución para un problema de diseño sin tener que echar mano de herramientas a medida, con la maquinaria disponible en el taller.

 

Claramente, el proceso de fabricación influencia en gran medida el tipo de geometría que se está produciendo, y por fin es posible que toda persona pueda emplear tecnología de diseño generativo con los medios de fabricación que tenga a su alcance. Aun así, la fabricación automatizada promete aun mucho más que los logros del diseño generativo.

 

Para conseguir avances significativos en automatización es necesario tener previsto un canal digital que permita un flujo de trabajo continuo que vaya del concepto original al producto físico. Analicemos el flujo actual necesario para desarrollar un producto: primero un ingeniero acaba una geometría de diseño y después le pasa el relevo a otra persona para que haga las simulaciones. Esta otra persona se encarga de hacerlas y las valida antes de pasarle la tarea a otro individuo que se encarga de crear las instrucciones para la máquina en forma de G-code, que en muchos casos se copia después en una llave de memoria y se lleva a la línea de producción, donde el operario lo carga en el controlador de máquina para empezar a cortar el metal.

 

Se trata de un flujo de trabajo en cascada lineal y muy poco eficiente. Existe una mejor forma de operar que consiste en tener un proceso de desarrollo de producto ágil y automatizado que permita cierto nivel de concurrencia para que una persona pueda empezar a trabajar en las pruebas de simulación, incluso antes de que el diseño esté terminado. Una vez recibida la información proveniente de las simulaciones, otro individuo puede empezar a trabajar en las instrucciones de fabricación antes de que el proceso de diseño haya concluido.

 

De esta forma la fabricación se asemeja menos al estilo de producción de una fábrica del siglo XIX y más a un equipo deportivo del más alto nivel de competición. Cuando distintos elementos del proceso tienen lugar en paralelo, se acorta el tiempo para producir un producto y se genera mayor innovación y rendimiento del mismo, menores costos y es más rápido llevarlo al mercado, atributos todos ellos clave para el éxito en los negocios.

 

Para lograrlo es importante tener una cartera digital: un canal directo entre las instrucciones de fabricación generadas por el software y la herramienta de la máquina. Así, el G-code se crea en un segundo plano y se transmite directamente a la herramienta de la máquina sin que ni siquiera el diseñador esté al corriente. Podríamos compararlo con el proceso de imprimir algo en papel. Para ello enviamos las instrucciones por la red, directamente desde el procesador de textos. No copiamos archivos por la red ni tampoco insertamos un dispositivo de memoria para que la impresora comprenda lo que hemos escrito en el procesador. Lo mismo debería hacerse en la fabricación al emplear una red de máquinas y aplicaciones CAD/CAM.

 

 

Una máquina Tormach CNC cortando metal

 

Aun teniendo en cuenta lo valioso de este tipo de fabricación automatizada, sigue siendo lineal y por lo tanto incompleta: la información pasa a la herramienta de mecanizado, pero no en el sentido contrario. Lo idóneo sería que los controladores de la herramienta de mecanizado también obtuvieran información sobre su propio rendimiento. Ese tipo de automatización ofrecería retroalimentación de lazo cerrado que permite obtener información de la herramienta de mecanizado y actualizar así las instrucciones de mecanizado en tiempo real.

 

Cuando una máquina de control numérico computarizado (CNC, por sus siglas en inglés) corta metal, el eje gira y aproxima la cortadora al metal. El controlador sabe cuánta presión recibe el eje y su capacidad máxima. Sabe, por ejemplo, si el eje está por debajo del 50 % de su carga máxima en mitad de una operación, lo que se traduce en un 50 % de capacidad de la que no se está sacando partido.

 

Con una conexión de red directa al controlador de la máquina se puede “escuchar” a dicho controlador y actualizar en tiempo real la estrategia de mecanizado generada automáticamente por el software de diseño. Si sabes que la capacidad del eje está a 50 %, se puede o bien aumentar la tasa de alimentación, para que la cortadora corte el material más rápidamente, o bien cortar más profundamente para sacar más material. Las dos opciones aumentan la fuerza del eje, llevando la máquina más y más al límite. Esto permite una fabricación más rápida y una mejor eficiencia operativa en la fábrica.

 

Tomadas en su conjunto, estas tres formas de automatización de la fabricación (diseño generativo, canal digital y retroalimentación de lazo cerrado) presentan argumentos muy sólidos para trabajar de otra manera. Hoy en día es posible ingresar limitaciones de fabricación tradicionales a Autodesk Fusion 360 y emplear la funcionalidad de diseño generativo para producir soluciones de diseño óptimas. Pronto, el canal digital y la posibilidad de extraer información por medio de la conectividad de la línea de producción ofrecerá nuevas perspectivas empresariales. Para los fabricantes, lo mejor está todavía por llegar.