IA e AM: uma sinergia poderosa

Apr 24, 2024

Robin Tuluie, fundador e co-CEO, PhysicsX

No mundo da engenharia de design digital, na base da inovação na produção avançada, a “aprendizagem profunda” da IA ​​tem o potencial de transformar a forma como o mundo fabrica produtos – de formas altamente positivas.

Há uma oportunidade urgente, neste momento, de explorar plenamente as ferramentas de engenharia assistida por computador (CFD, FEA, simulação eletromagnética e muito mais) utilizando as capacidades da IA. Sim, estamos falando de otimização de design, mas é uma otimização como nunca antes, automatizada com aprendizado de máquina, com velocidade e nível de precisão muito além do que pode ser alcançado pela maioria dos fabricantes hoje.

Estamos falando de saltos quânticos em eficiência e precisão: as ferramentas de IA podem reduzir o tempo de simulação de horas para apenas segundos, empregando aprendizado profundo para avaliar automaticamente e depois modificar gradativamente a geometria de uma peça - dentro dos limites ditados pelo usuário - em ordem. para criar resultados específicos. O design final resultante alcança a combinação ideal de quaisquer atributos que seus fabricantes priorizaram: peso mais leve, redução de tensão e fadiga, fluxo ideal de fluido, troca de calor, condutividade, durabilidade, consolidação de peças e muito mais.

Como isso é possível? Com menos processamento de números, não mais.

Agora não há como escapar das leis da física; você precisa fazer diligência no design, usando quaisquer ferramentas CAE líderes de mercado que sejam mais compatíveis com os requisitos do produto da sua empresa. Mas o que o software de IA pode adicionar à plataforma de design digital é a capacidade de trabalhar com as ferramentas de simulação existentes e reduzir a necessidade de calcular cada equação diferencial envolvida.

A IA realiza essa façanha resolvendo as equações CFD ou FEA de uma forma não tradicional: o aprendizado de máquina examina e depois emula o comportamento físico geral de um projeto, e não todos os problemas matemáticos subjacentes a esse comportamento. Isto utiliza muito menos recursos computacionais e, ao mesmo tempo, alcança uma avaliação extremamente robusta do projeto em todos os ambientes aplicáveis. Centenas de milhares de candidatos a projetos podem ser simulados e avaliados em menos de um dia. Resumindo: a aplicação de IA amplifica as melhorias típicas de desempenho de 10 a 20 por cento apenas das ferramentas de simulação – até 30 por cento ou mais. (É claro que os testes reais de peças acabadas continuam sendo uma tarefa essencial para garantir que todas as métricas de qualidade e desempenho sejam atendidas.)

Embora o aprendizado de máquina possa certamente beneficiar o design de produtos produzidos por meio de qualquer tipo de processo ou tecnologia de fabricação, é com a manufatura aditiva (AM) que a IA é talvez a mais complementar. O aprendizado de máquina pode explorar totalmente o espaço de design AM, identificando o verdadeiro limite de cada tipo de física que será aplicada a um componente específico. Isso libera o poder exclusivo da AM de fornecer qualquer nível de complexidade geométrica que permita a solução mais criativa e econômica para um difícil desafio de engenharia.

Esta combinação de fabricação aditiva e IA foi agora aplicada com sucesso para otimizar e melhorar o desempenho de itens tão díspares fabricados aditivamente como um trocador de calor impresso em 3D usado em motores a jato, uma motocicleta vencedora de um campeonato, as pás do impulsor de uma bomba cardíaca para pacientes com insuficiência cardíaca e dezenas de outras aplicações em indústrias avançadas.

Além disso, alguns fabricantes de sistemas AM também reconheceram o valor desta capacidade para melhorar as suas próprias máquinas – poupando tempo, aumentando o desempenho e afinando a precisão das suas impressões.

Aqui está um exemplo interessante de um fornecedor de equipamentos AM que usou software de aprendizagem profunda para otimizar sua impressora 3D:

Agora que a AM de metal avançado está produzindo peças certificadas para foguetes, aeronaves e indústria pesada (petróleo e gás, energia, etc.), a demanda dos clientes por equipamentos de maior volume tem aumentado. Vários anos atrás, em antecipação a isso, a Velo3D, baseada em CA, começou a projetar seu Sapphire XC de maior volume (capacidade extra, com uma câmara de construção 400% maior) para incluir oito lasers de 1.000 watts, quatro vezes mais que seu Sapphire original. máquina.