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Na Hannover Messe 2023, o CEO da Siemens, Roland Busch, recebeu calorosamente o chanceler alemão Olaf Scholz em nosso estande para uma discussão sobre os valores fundamentais da empresa. Enfatizando o compromisso duradouro da Siemens com a inovação para um futuro melhor, os holofotes se voltaram para uma notável peça de tecnologia: uma pinça de bateria de robô projetada generativamente e fabricada de forma aditiva, exibida na parte inferior esquerda da imagem. Esse componente de ponta exemplifica a dedicação da Siemens a soluções pioneiras que têm um impacto positivo em nosso mundo.
Pequenas reduções – grandes economias
Por que um componente aparentemente básico, como uma garra robótica, é digno de ser apresentado ao chanceler da Alemanha? É uma questão de números. Um projeto de pinça melhor pode economizar até 3 toneladas de emissões de CO2 por robô por ano. O setor de robótica industrial está experimentando um rápido crescimento, com um aumento médio anual de 11%. A partir de 2021, mais de 500.000 novos robôs estão sendo implantados anualmente, contribuindo para cerca de 3,5 milhões de robôs em todo o mundo até 2022. Para entender a escala, considere o seguinte: o braço do robô médio pesa cerca de 1 tonelada, enquanto a garra que o acompanha pesa cerca de 21 kg. Essa garra, responsável por levantar baterias com um peso médio de 12 kg, pode parecer insignificante por si só. Entretanto, quando o braço do robô está operando continuamente por um ano, ele produz cerca de 5,6 toneladas de emissões de CO2. As implicações tornam-se surpreendentes quando são dimensionadas para toda a população de robôs existentes. E se pudéssemos reduzir significativamente a massa apenas da garra do robô, que constitui apenas 2% de todo o robô?
Imagine por um momento que o senhor pudesse projetar uma garra de robô que não fosse apenas tão funcional quanto a original, mas que também fosse substancialmente menos complexa. Essa garra seria composta por apenas 5 peças de PA 12 (Nylon 12) com redução de carbono, uma redução de 84% em relação às 30 peças de alumínio ou aço normalmente usadas. Além disso, ela seria 90% mais leve. E adivinhe só: em vez de um longo prazo de entrega de mais de um mês, essa garra avançada pode ser produzida em apenas dois dias. Isso pode parecer uma fantasia, mas garanto aos senhores que não é. Com a engenharia generativa no software NX™, essa possibilidade está ao alcance do senhor hoje.
Fora com o velho – projetar, construir e testar
Vamos voltar um pouco às raízes do processo de design. Durante a maior parte da história da humanidade, e mesmo até recentemente, a validação de um projeto só era possível após a fabricação, muitas vezes por meio de testes diretos em condições reais. O tríptico da capacidade de fabricação, estética e funcionalidade sempre foi fundamental para um projeto bem-sucedido, e todos os três aspectos precisavam ser satisfeitos.
Naturalmente, garantir a capacidade de fabricação de um componente foi a preocupação inicial para assegurar a viabilidade. No entanto, isso muitas vezes levava à infeliz constatação pós-construção de que o projeto não tinha funcionalidade, o que exigia modificações no projeto antes que a construção pudesse começar novamente. Só para perceber que, mesmo depois de resolver os problemas de funcionalidade, o projeto não estava atendendo aos requisitos estéticos, e o ciclo se repetia. Que desperdício de recursos e tempo!
Com o novo – simulação-driven design
Em resposta a esses desafios, surgiram novas técnicas de design orientadas por simulação para ajudar os designers e engenheiros a inovar e atender aos requisitos funcionais com mais eficiência. Um dos avanços mais proeminentes é a otimização de topologia, uma técnica que, com base nas condições de limite de entrada e em um determinado espaço de projeto, retorna a distribuição ideal de material. Por mais poderosas que sejam, essas novas soluções geralmente são complexas e exigem um conhecimento profundo da teoria da otimização. Como resultado, elas eram voltadas principalmente para engenheiros de estresse e não eram adequadas para a fase inicial do projeto pelos designers. Além disso, essas ferramentas só podiam ser usadas para fornecer orientação de projeto, pois o formato resultante era incompatível com o processo de projeto, e era necessário um esforço manual significativo para reconstruir os resultados em formatos CAD.
O Designer tradicional e as personas emergentes do usuário Maker têm muito a ganhar com uma solução integrada de sistema CAD voltada para o designer. Essa ferramenta deve ser intuitiva e fácil de usar, especialmente nos estágios iniciais do projeto, permitindo que os usuários tomem as decisões corretas sem exigir um conhecimento profundo de otimização e análise estrutural. O NX Topology Optimizer preenche essa lacuna como uma solução de engenharia generativa nativa do NX, perfeitamente integrada à plataforma NX.
NX Topology Optimizer
Uma das principais vantagens do NX Topology Optimizer é a associatividade upstream e downstream. Isso significa duas coisas: qualquer alteração feita nos requisitos de entrada não interromperá os resultados existentes – eles simplesmente serão atualizados de acordo. Da mesma forma, as modificações nos resultados da otimização da topologia não interferirão nas operações downstream existentes – elas também serão atualizadas com um clique. Além disso, a solução é acelerada por GPU, proporcionando uma velocidade incomparável em comparação com as soluções tradicionais de otimização de topologia baseadas em CAE.
O formato resultante produzido pelo NX Topology Optimizer é um corpo liso, facilmente editável dentro do ambiente NX, o que o torna compatível para uso em qualquer operação posterior dentro do ecossistema NX. Ao utilizar o Generative Design no NX, os desafios e as limitações associados ao processo de design tradicional são efetivamente eliminados, abrindo caminho para maior eficiência e inovação.
Design generativo para agilizar desenvolvimento
Então, o que o senhor ganha com isso? Dennis Nier, especialista em desenvolvimento de negócios em Manufatura Aditiva da Siemens Digital Industry Software, oferece uma resposta precisa à pergunta sobre por que os projetistas e gerentes de engenharia devem investir em uma solução de Design Generativo. “Para os projetistas, o Generative Design simplesmente gera componentes leves inteiros dentro de um fator de segurança, eliminando a necessidade de projetar e calcular cada detalhe na fase inicial.”
O Generative Design agiliza o processo de iteração do projeto, permitindo a exploração rápida de alternativas de projeto e fortalecendo a criatividade. Dennis Nier explica ainda: “Para os gerentes de engenharia, o investimento em Generative Design se traduz em benefícios tangíveis, como ciclos de desenvolvimento de produtos reduzidos, menor uso de materiais, menos custos de fabricação e cumprimento das diretrizes da empresa, como a meta de zero líquido.”
E quanto à complexidade da peça final? Isso deve ser uma preocupação para os projetistas? Dennis é claro: “Eu nem mesmo falaria sobre complexidade aqui. Os componentes terão uma aparência diferente com o design generativo. As geometrias serão mais orgânicas e não conterão mais os típicos ângulos retos e blocos.” O NX Topology Optimizer é uma solução com consciência de manufatura – ao incluir as chamadas restrições de forma na otimização, a solução retorna designs manufaturáveis com o método pretendido, seja ele manufatura subtrativa ou aditiva.
“Tudo também é associativo”, continua ele. “Quando são feitas alterações no projeto, elas se estendem automaticamente pelas geometrias do Generative Design. Dessa forma, tenho iterações de projeto muito mais rápidas.” Com relação às vantagens do formato resultante, Dennis diz: “Graças ao NX Convergent Bodies, as estruturas orgânicas também podem ser processadas diretamente e enviadas para a impressora 3D sem a necessidade de remodelar tudo manualmente, como acontece com outras soluções.” Portanto, o que inicialmente parece complexo torna nossa vida muito mais fácil e eficaz.
Outra preocupação comum dos designers é a curva de aprendizado de uma solução de Design Generativo. “Quando analisamos todos os benefícios, fica claro que é um tempo bem gasto para aprender a funcionalidade de design generativo no Siemens NX. O senhor só precisa aprender sua metodologia, que geralmente funciona bem depois de meio dia”, disse Dennis. “O NX Topology Optimizer é fácil de aprender porque a solução é totalmente integrada ao NX e, portanto, também pode ser usada na interface de usuário familiar”, continuou. “Ele se comporta como recursos bem conhecidos, como Sketch ou Edge Blend, e é um elemento do NX Part Navigator. Por favor, experimente, pois também é divertido ver as geometrias orgânicas crescerem.”
Por fim, pergunto o que o senhor acha da integração total no NX. “É uma vantagem absoluta”, ele afirma. “As etapas do processo antes e depois do Generative Design oferecem um uso otimizado e eficiente. Desde a determinação dos casos de carga corretos no NX Motion para otimização até a validação final simples do projeto com o NX Performance Predictor. Encontrar a posição ideal para sua configuração com o NX Design Space Explorer, preparar suas geometrias para a fabricação com o NX CAM ou a preparação de construção do NX Additive Manufacturing.”
Resumo
Concluindo, o NX Topology Optimizer, uma das muitas peças do quebra-cabeça que compõem todo o portfólio do Siemens Xcelerator de ponta a ponta, muda o foco das restrições tradicionais de design para os resultados orientados pelo desempenho. Como bem disse Dennis Nier, “o Generative Design com o NX Topology Optimizer simplifica a complexidade, tornando nossa vida profissional mais fácil e mais eficaz”.
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