Üretken tasarım, üretim sektöründe oyunun kurallarını değiştiriyor

Malzemeler, GD ve katmanlı üretimin gelişiminde kilit bir rol oynuyor. Güncel malzeme bilimi, malzemelerin süreçlerde nasıl davrandığını ve özelliklerinin bitmiş ürünleri nasıl etkilediğini araştırmaya ve keşfetmeye odaklanmış durumda.

A+ A-

Elif GÜRDAL (Dassault Systèmes Türkiye Ülke Müdürü)

Üretken tasarım (generative design-GD), bir ürünün işleviyle ilgili fiziği temel alan tasarımlar yaratıyor. Bu biçim bulma süreci genellikle, tasarımlara yön veren algoritmalar kullanılmadan mümkün olmayan organik şekiller geliştirerek doğanın çözümlerini kopyalıyor. Bunlar, işlevlerine göre optimum hale getirilmiş birçok yineleme ve çıktı tasarımı ile gelişiyor.
GD’nin teknolojilerinden biri topoloji optimizasyonu (TO). Bu teknoloji, tasarımları bir boşluk zarfında ve gerilim de dâhil olmak üzere bir dizi sınır koşulunda optimum hale getiriyor. Bu faktörler, örneğin; çoklu fizik simülasyonu için Dassault Systèmes Simulia markasının uygulamasının sonlu eleman analizi (FEA) çözümleri kullanılarak hesaplanıyor.
Topoloji optimizasyonu yeni bir teknoloji değil; ancak 3D tasarım simülasyonunun gelişimi ve 3D baskı donanımlarındaki yenilikler GD'yi birçok imalat uygulaması için pratik hale getirdi. Geçmişte kendi bulutundaki TO, bileşenler ve tertibatlar için optimum şekiller üretmekteydi; ancak bu tasarımları gerçek dünya geometrisine dönüştürmek genellikle mümkün değildi. Başka bir ifadeyle; dijital çıktı teorik olarak mükemmel olsa da fiziksel bir ürün olarak üretmek mümkün değildi.
GD bu durumu değiştirdi; çünkü TO'nun ürettiği çıktılardan 3D bilgisayar destekli tasarım (CAD) geometrisini otomatik olarak yaratıyor. Bu bir oyun değiştiricidir; çünkü artık GD'den elde edilen optimum tasarım çıktılarının üretiminin pratik olduğunu biliyoruz. Bu ilerleme, tasarımcıların sadece CAD kullanarak tasarımları dijital olarak değiştirmelerine değil; aynı zamanda herhangi bir değişikliğin gerekli koşul sınırları içinde yapılıp yapılmadığını kontrol etmelerine olanak tanıyor.
Çeşitli polimerleri ve metalleri işleyebilen Katmanlı üretim (additive manufacturing) için endüstriyel 3D yazıcıların kullanılması, GD'nin uygulanabilirliğini artırdı. Genellikle tasarım çıktısı, klasik araç veya dökümlerle üretilemez. Bunun yerine bir 3D yazıcı, dijital temsilinin tamamen doğru bir fiziksel kopyasını üretmenin mükemmel bir yolu. Bu, daha önce imkânsız olan şekillerin artık herhangi bir metal veya alaşımla ve bir dizi plastikle üretilebileceği anlamına geliyor. Polimer yazıcılarda malzeme, gerilim noktalarında işlevselliği genişletmek için baskı sırasında değiştirilebiliyor. Bununla birlikte GD, 3D yazıcıların çıktıları ile sınırlı değildir; çünkü onu destekleyen teknoloji geleneksel üretim özelliklerini karşıladığından, sadece işlenebilen veya döküm ürünler üretiliyor.Malzeme geliştirmeleri
Malzemeler, GD ve katmanlı üretimin gelişiminde kilit bir rol oynuyor. Güncel malzeme bilimi, malzemelerin süreçlerde nasıl davrandığını ve özelliklerinin bitmiş ürünleri nasıl etkilediğini araştırmaya ve keşfetmeye odaklanmış durumda. Bu, bir partikül veya molekül seviyesinde termofiziksel davranışı ve metalin tozdan sıvıya ve katıya nasıl faz değiştirdiğini ve bunların nihâi ürün davranışı ve performansına etkisini içeriyor.
Bu alanda malzemeler ve üretim birleşir; aynı zamanda simülasyon önemli bir rol oynar. Malzeme kitaplıkları, tasarımcılar ve mühendislerin ürün yaşam döngüsünün tüm aşamalarında malzeme özelliklerini anlayabilmeleri ve bunlarla çalışabilmeleri için geliştiriliyor. Bu, tasarım aşamasında ele alındığında, teknik ve ticari faydalara götüren yeni bir biliş seviyesi sağlıyor.
Bu teknoloji, üretimin çalışma ve insanların düşünce şekillerini değiştiriyor. 'Tasarım', 'mühendislik' veya 'üretim' ile sınırlı olmak yerine GD, yetenekli kişilerin departman 'silolarından' çıkmasına yardımcı oluyor. En yenilikçi şirketlerde insanlar, atomik parçacıklardan büyük ölçekli tertibatlara kadar yenilikçilik üretmek için bilgiyi birleştiriyor ve paylaşıyorlar. GD'nin fayda sağlaması için tüm departmanları ve paydaşları, Dassault Systèmes 3DExperience platformu gibi bir ortak kurumsal platform üzerinde çalışmalı. İnsanlar bireysel ya da departman rolleri için geliştirilmiş farklı yazılım uygulamalarını kullanmaya devam ediyorlar; ancak zaman içinde 'gerçeğin tek kaynağına' dönüşen canlı verilerin tam anlamıyla sürekliliği ve alışverişi sadece, birleşik ve evrensel olarak kullanılabilir bir platform oluşturularak sağlanabiliyor.
Catia veya Solidworks gibi tasarım ve simülasyon uygulamalarından 3D model bilgilerinin paylaşılması, güncellemelerin hızlı olduğu ve herkesin aynı anda ulaşabildiği anlamına geliyor. Bu, daha yüksek verimlilikten doğan bir üretkenlik artışı sağlıyor, israfı ve hataları azaltıyor ve insanların bireysel ve grup uzmanlıklarını geliştirme ve kullanmaları için daha fazla zaman harcamalarına olanak veriyor. Bu şekilde çalışmanın avantajları GD'yi benimseyen endüstrilerde açıkça görülebiliyor. Örneğin; teknolojideki ilerlemelerin çoğuna yön veren havacılık sektörü hafif bileşenlere ihtiyaç duyduğundan GD’yi memnuniyetle karşılamıştır. Katmanlı üretim sayesinde malzeme maliyeti azalırken, yaklaşık yüzde 30-60 oranında ağırlık tasarrufu sağlanıyor.Tasarım tercihlerinin artıları ve eksileri
GD üreticilere daha fazla seçim şansı sunuyor. Üreticiler seçeneklerini dikkatli bir şekilde hesaplamalılar ve kendilerine şu soruları sormalılar: 3D baskı için fazladan harcanan zaman, malzeme tasarrufuna karşılık geliyor mu? 3D baskıda kullanılan destekleyici yapıların kesilmesi gibi proses sonrası işlemler, nihâi ürünü gerilme yığılması ve dayanıklılık açısından etkiler mi? Ürün yeniden işlenebilir ve/veya cilalanabilir mi? Bu artılar ve eksileri tartılmalı ve malzemelerin her üretim senaryosunda en iyi şekilde kullanılabileceği yollarla birlikte ele alınmalı.
İnşaat ve otomotiv endüstrilerinden Dassault Systèmes müşterileri arasında GD, daha az ağırlık ile öncü olmasına karşılık daha karmaşık tasarımlar üretmeyi kolaylaştırıyor. 3D baskı birçok ürün, yapı ve üretimde 'malzeme listesini' (BOM) azaltabildiğinden, parça sayısının azalması bir diğer faydası. Köprü ve binalar, rüzgâr yükünün üstesinden gelecek şekilde optimum hale getirilmiş şekillerle tasarlanırken; tıbbi ekipman üreticileri daha verimli prosedürler ve daha iyi sağlık hizmetleri sonuçlarına götüren yeni donanımlar üretebiliyor. Dassault Systèmes'in birlikte çalıştığı endüstriyel ekipman şirketleri, spor ürünleri ve ayakkabı üreticileriyle birlikte GD'yi benimsiyor. Bu kullanıcılardan en yenilikçi olanı GD iş akışlarını, birlikte çalışma ve sürdürülebilir yenilikçiliği teşvik eden 3DExperience platformunda tasarım, mühendislik ve üretimde malzemelerden geçen dijital bir iş parçacığına dayandırıyor.
Simülasyon teknolojisi üretimi daha basit, daha verimli ve daha üretken hale getirdikçe GM'nin gelişimi durdurulamayacak.
Üretken tasarımdan en iyi şekilde faydalanmak için 12 önemli ipucu:
1. Tasarım ve üretim arasındaki engelleri yıkarak 'silo kafa yapısını' değiştirin.
2. Tek bir birleştirilmiş dijital platform üzerinde tasarlayın, mühendisliği yönetin ve üretin.
3. Süreçleri önceden simüle ederek hatalardan kaçının ve daha iyi planlayın.
4. ‘Performans için baskı’ ürün işlevinin bir numaralı öncelik olmasını sağlar.
5. Malzeme kitaplıklarını kullanarak bilimden faydalanın.
6. İnsanların yazılım uygulamaları yerine işlerine odaklanmaları için dijital bir iş süreci oluşturun.
7. Sadece ürünleri değil, aynı zamanda üretim ve baskıyı optimum hale getirmek için simülasyon kullanın.
8. Birlikte çalışabilmeleri ve birlikte yenilikler yapabilmeleri için departmanlar ve insanlar arasında bağlantı kurun.
9. Tasarım ve üretim arasında bağlantı sağlamak verimliliğin anahtarıdır.
10. Tüm süreçleri ve paydaşları birbirine bağlayan genişletilmiş bir kurumsal platform kullanarak geleceğe hazır üretimden faydalanın.
11. 20 farklı yazılım aracı yerine tek bir çözüm kullanarak bütüncül bir yaklaşım edinin.
12. 3D simülasyonla sonuçları tahmin edin.