Generative Design en Convergent Modeling

9 februari 2018

Twee geheel nieuwe begrippen in Solid Edge sinds versie ST10 zijn Generative Design en Convergent Modeling. Het zijn de modernste technieken in 3D CAD die ontwikkeld zijn voor het optimaliseren van modellen en die te gebruiken zijn in combinatie met 3D-scanners en 3D-printers.

Door Jaap Dubbelaar

Generative Design is een techniek om een zo efficiënt mogelijke vorm te creëren op basis van de materiaalsoort, de beschikbare ruimte en de belasting van het onderdeel. Het wordt ook wel Topologie-optimalisatie genoemd. De vormen die op deze manier tot stand komen lijken op organische vormen die in de natuur voorkomen. Bij traditioneel ontwerpen wordt meestal uitgegaan van één of meerdere concepten. Deze worden doorontwikkeld en bij de eindcontrole worden ze beoordeeld op hun sterkte, gebruikmakend van randvoorwaarden zoals de belastingen.

Generative Design

Het automatisch optimaliseren van modellen met Generative Design.

In het geval van Generative Design start de ontwerper met de randvoorwaarden waar het ontwerp aan moet voldoen. Nadat de keuze voor het materiaal is gemaakt, wordt de beschikbare ruimte aangegeven en daarna de belastingen zoals krachten, momenten of druk. Ook kan de ontwerper fixatiepunten, -lijnen of -vlakken kiezen. Het systeem komt vervolgens zelf met de vorm die aan al deze eisen voldoet. Op deze manier zijn meerdere ontwerpiteraties uit te voeren met verschillende uitgangspunten, zoals bijvoorbeeld een gewenste gewicht-reductie of een verhoogde veiligheidsmarge. Als resultaat ontstaan meestal efficiënte, vloeiende vormen, die door minder materiaal veel lichter zijn dan handmatig ontworpen modellen, terwijl ze toch sterk genoeg zijn.

De knoppen

Voor het bedienen van de nieuwe functies heeft ST10 een speciale Generative Design-knoppen-lint gekregen. Deze is op een logische manier ingedeeld die erg op de Simulation-interface lijkt. Van links naar rechts zijn de bedieningsknoppen in gebruiksvolgorde gerangschikt: het kiezen van het materiaal, het starten van een nieuwe analyse, het kiezen van de uitgangsvorm met eventuele gefixeerde ruimte, het aanbrengen van de belasting(en) en de Constraints. De laatste stap is een Generate-knop waarbij een formulier verschijnt voor het aangeven van de gewenste nauwkeurigheid; hoe hoger de nauwkeurigheid, des te langer de rekentijd. In dit laatste formulier wordt ook de gewenste gewichtsbesparing gekozen en de veiligheidsfactor die vereist is. Na deze input start de modelgeneratie.
Zodra het geoptimaliseerde model is verschenen, kunnen de berekende spanningen in een kleurweergave worden bekeken. Aan de hand van de kleur worden spanningsconcentraties zichtbaar.

Generative Design

De stappen om tot een optimale vorm te komen.

3D-printing

Het spreekt voor zich dat de modellen die op deze manier tot stand komen niet makkelijk door middel van verspanende bewerkingen zoals draaien en frezen te produceren zijn. 3D-printing, tegenwoordig ook in metaal, is dan ook de aangewezen methode. Zoals genoemd in de voorgaande Solid Edge Tips & Tricks is ST10 ook op het gebied van 3D-printing van een aantal belangrijke vernieuwingen voorzien. Zo kan de ontwerper nu direct vanuit Solid Edge printen met een printer die aan het systeem is gekoppeld. Ook zijn printopdrachten rechtstreeks uit te besteden aan de online-dienst van 3yourmind.com. (LINK!!!)

Generative Design

In de laatste stap wordt onder andere de gewenste gewichtsbesparing gekozen.

Convergent Modeling

Vormen die via Generative tot stand zijn gekomen, zijn Mesh-modellen. Dat zijn modellen die niet uit exacte B-Rep-geometrie zoals vlakken, cilinders en bollen zijn opgebouwd, maar uit grote aantallen driehoekige vlakjes. Het model is daardoor, binnen een hoge nauwkeurigheid, een benadering van exacte vormen. Ook 3D-scanners, die steeds vaker worden toegepast om bestaande onderdelen om te zetten naar computermodellen, leveren Mesh-modellen af.
Tot voor kort was het alleen mogelijk om dit soort modellen aan te passen door ze eerst om te zetten naar B-Rep solids. Een grotendeels handmatig proces, dat tijdrovend is en foutgevoelig. Met de nieuwe Siemens’ Convergent Modeling-technologie is het nu ook mogelijk om de Mesh-modellen aan te passen zonder er eerst solids van te maken. Dit levert een enorme tijdsbesparing op. Bestaande bewerkingen zoals Cutout en Hole zijn direct op de Mesh-modellen uit te voeren. Ook zijn Boolean-operaties als Subtract en Union mogelijk.
De Mesh-modellen zijn niet alleen maar aan te passen, maar ook te combineren met B-Rep solids in samenstellingen. Bovendien is het mogelijk om werktekeningen te genereren van de modellen. Zowel Solid Edge als NX maken gebruik van deze nieuwe Convergent Modeling-techniek, ingebouwd in de nieuwe Parasolid-kernel.

Generative Design

Convergent Modeling maakt het mogelijk om Mesh-modellen te combineren met B-Rep solids.

Reverse Engineering

Ook het Reverse Engineering-gedeelte van Solid Edge heeft functies om de Mesh-modellen aan te passen. Zo zijn delen van de mesh te verwijderen met de functie Delete Mesh en worden gaten opgevuld met Fill Holes. Deze opschoon-tools zijn vooral nuttig bij plaatselijke aanpassingen in ingescande modellen.
Voor het eventueel omzetten van de meshes naar solids zijn de functies Identify Regions en Extract Surfaces beschikbaar. Verder bevat het Reverse Engineering-gedeelte een groot aantal commando’s om Surfaces te creëren of aan te passen. Deze worden gebruikt om een gesloten volume te definiëren wat via Stitching kan worden omgezet naar een exacte B-Rep solids. Zoals eerder gezegd zal deze omzetting van mesh naar solid in veel gevallen echter overbodig zijn dankzij de Convergent Modeling-functionaliteit.

Jaap Dubbelaar is freelance redacteur voor CAD-Magazine. Aanvullende informatie over Solid Edge is te vinden op www.solidedge.com en www.solidedge.nl.

Comments are closed.