11 Dicembre 2018 - CAD-PLM

Altair, come promuovere il design innovativo con la simulazione

L’adozione di un approccio di progettazione basato sulla simulazione, utilizzata in modalità end-to-end, offre ampi spazi per l’innovazione e crea una piattaforma interfunzionale per designer, progettisti ed esperti in simulazione, oltre che per gli specialisti della produzione. Le potenzialità della piattaforma Altair Inspire

Nel mondo della progettazione si sta evidenziando una sempre più ampia frammentarietà applicativa. Per rispondere a esigenze sempre più complesse, designer, ingegneri ed esperti in produzione hanno dovuto acquisire una molteplicità di competenze specialistiche. Un fenomeno, che se da una parte ha contribuito a generare innovazione nei differenti comparti, dall’altra ha portato a una visione sempre più limitata delle singole attività. In molti settori, alle persone che si occupano di progettazione e produzione si richiede oggi una capacità collaborativa poiché viene meno l’interesse verso una integrazione verticale e prevale l’esigenza di mettere in atto un approccio cross-industry che vede coinvolte sia risorse interne che esterne al perimetro d’impresa in modo da esprimere un valore end-to-end in termini di value chain e supply chain.

La progettazione collaborativa assume una rilevanza straordinaria, soprattutto nella fase di concept iniziale poiché i progettisti hanno l’esigenza di interagire con gli ingegneri e questi ultimi, per garantire la fattibilità del progetto, devono a loro volta, e in modo sostanziale, interagire con gli esperti in produzione.

L’ approccio tradizionale e frammentato alla progettazione non è più sostenibile poiché limita la diffusione di preziose informazioni tra tutte le persone coinvolte in fase progettuale e di produzione. In questo caso, infatti, succede spesso che i problemi di produzione dettagliati vengano esaminati in una fase troppo tardiva, dopo il trasferimento dei concetti al reparto progettazione, impedendo di sfruttare tutto il potenziale in termini di prestazioni e contenimento dei costi.

In un approccio di progettazione a compartimenti stagni, le modifiche per soddisfare i requisiti di produzione possono essere considerate solo a posteriori, incrementando i costi di implementazione. Proprio per questo, spesso i prodotti risultanti da tale processo costituiscono solo una soluzione di compromesso e non sempre raggiungono gli obiettivi attesi.

In genere, nell’ambito della progettazione di un prodotto si presta la massima attenzione affinché i prodotti rispettino tutta una serie di condizioni, in particolare:

  • Devono essere efficienti in termini di peso, materiale e costo;
  • Devono essere avanzati e fail-safe;
  • Non devono presentare difetti, per limitare gli scarti di produzione.

Per raggiungere tali obiettivi è fondamentale cooperare a stretto contatto durante la fase di progettazione iniziale, o almeno conoscere a fondo tutti i processi successivi. Imparando a conoscere fin dall’inizio le opportunità offerte dai requisiti e le limitazioni intrinseche delle altre discipline, è possibile ottenere performance di gran lunga superiori.

Altair: sfruttare la simulazione come strumento di progettazione

In aggiunta alle problematiche di sviluppo sopra descritte, tempistiche sempre più ristrette, nuovi requisiti di legge e una maggiore attenzione all’ambiente da parte dei clienti stanno aumentando ulteriormente la pressione sui reparti di sviluppo. Per rispondere adeguatamente a queste crescenti esigenze di efficienza, le aziende devono aumentare la propria capacità di innovazione, adattando al nuovo ambiente sia i processi che gli strumenti di sviluppo.

Per rendere possibile un cambio di paradigma nella progettazione, adeguato alla flessibilità che oggi si tende a richiedere, esistono piattaforme software innovative, come Altair Inspire, che abilitano la definizione di processi integrati per uno sviluppo continuo e interattivo tra le diverse componenti che devono necessariamente interagire nelle diverse fasi di lavorazione.

Questa nuova tecnologia offre un vantaggio unico poiché permette di utilizzare la simulazione come strumento di progettazione sin dalla fase iniziale del processo di sviluppo. Altair Inspire permette agli ingegneri di produrre bozze di progettazione in tempi più brevi, assicurando fin dall’inizio la disponibilità delle funzioni richieste e la fattibilità produttiva. In un singolo ambiente software è quindi possibile associare la creazione e la valutazione dei modelli a una simulazione semplice, rapida e affidabile per tutta una serie di  processi previsti nell’ambito delle applicazioni industriali.

Altair – Nuova console per attuatore: pressofusione o stampa?

Per dimostrare in che modo la piattaforma Altair Inspire consente di accelerare il processo di sviluppo, viene qui illustrata la progettazione di una console per attuatore. Tradizionalmente lo sviluppo inizia con un modello CAD, che viene valutato e migliorato nel corso di varie iterazioni fra i reparti di design e progettazione, finché non si ottiene un modello convalidato, di cui è necessario verificare la fattibilità di produzione in un passaggio successivo. Se si progetta la stessa console per attuatore con Altair Inspire, è possibile effettuare velocemente gli studi di ottimizzazione della topologia, identificando la forma più efficiente dal punto di vista strutturale prima ancora di iniziare ad abbozzare la geometria.

A tale scopo, è innanzitutto necessario definire lo spazio di progettazione, i carichi, gli obiettivi di progettazione generali, come la massima rigidità o l’utilizzo minimo di materiale, e infine i vincoli di produzione già noti. Il modulo Motion di Altair Inspire consente di progettare la cinematica e può essere utilizzato anche per determinare i carichi dinamici in condizioni di movimento. Con questi input è possibile identificare la forma ottimale, che utilizza la quantità minima di materiale per raggiungere gli obiettivi di prestazioni richiesti. Poiché il valore dell’ottimizzazione della topologia si misura sempre in termini di fattibilità industriale, con un prodotto software come Altair Inspire è fondamentale essere in grado di considerare una vasta gamma di condizioni al contorno tipiche dei metodi di fabbricazione più comuni.

In seguito, per caricare i risultati della forma specifica è necessario eseguire un’analisi a elementi finiti per valutare la struttura in oggetto. Tutte queste operazioni, oltre a metodi di ottimizzazione aggiuntivi quali ottimizzazione topografica e parametri, sono disponibili all’interno di Altair Inspire.

Altair – Uno sguardo alla produzione

La produzione deve tenere necessariamente in conto tutta una serie di vincoli fisici. L’esempio seguente mostra il processo di simulazione di progettazione e produzione dell’attuatore, utilizzando un metodo di fusione a letto di polvere metallica e pressofusione con uno stampo a cera persa realizzato con una stampante 3D.

Nel caso della stampa 3D del componente, è possibile utilizzare Altair Inspire per determinare la direzione di stampa ottimale al fine di evitare le strutture di supporto non necessarie. Se il progettista sceglie la pressofusione come metodo di produzione preferenziale, può valutare la producibilità con Inspire Cast e ottimizzare il componente in modo da evitare la formazione di cavità e porosità.

Un importante vantaggio è dato dal fatto che tutti i passaggi – dalla determinazione del carico all’identificazione del concetto, fino alla realizzazione geometrica con lo scopo di salvaguardare le meccaniche strutturali e la produzione –  possono essere eseguiti in un singolo ambiente, evitando scomode iterazioni fra i reparti di progettazione e produzione. Inoltre, Inspire Cast può essere utilizzato anche alla fine della fase di progettazione per simulare con precisione il processo di riempimento e solidificazione, consentendo di scegliere il metodo di produzione più efficiente. Al tempo stesso, il consumo di energia e materiale viene ridotto e l’intero processo risulta molto più veloce.

Nel caso dell’esempio, il componente è stato sia stampato in 3D, sia pressofuso tramite uno stampo a cera persa realizzato con una stampante 3D. In entrambi i casi è stato possibile sfruttare la massima libertà di progettazione garantita dalla stampa 3D e, grazie all’ottimizzazione della topologia, ottenere un design efficiente in termini di struttura e utilizzo dei materiali, tenendo conto anche dei vincoli di fabbricabilità fin dalla fase di concept iniziale.

Altair – Competere puntando su flessibilità e innovazione

La modifica dei processi di sviluppo esistenti richiede in genere tempo e fatica. Tuttavia, l’uso della simulazione come strumento di progettazione fin dalle prime fasi del processo di sviluppo offre la possibilità di definire processi molto più veloci, flessibili e soprattutto economici, permettendo di sviluppare prodotti più competitivi. Altair Inspire supporta questo approccio offrendo varie discipline di simulazione e considerando diversi vincoli di produzione in una singola piattaforma software facile da usare.

L’adozione di un approccio di progettazione basato sulla simulazione, utilizzata in modalità end-to-end, offre ampi spazi per l’innovazione e crea una piattaforma interfunzionale per designer, progettisti ed esperti in simulazione, oltre che per gli specialisti della produzione. Altair Inspire permette di realizzare un concetto di design tramite una procedura passo passo, tenendo conto al tempo stesso di tutte le specifiche. Il design così ottenuto è già ottimizzato e convalidato in termini di struttura, cinematica e metodo di produzione desiderato, il tutto tramite una singola piattaforma software.