Ban đầu CAD thường là viết tắt của phác thảo có sự hỗ trợ của máy tính (computer-aided drafting). Rất nhanh sau đó, khi các nhà tạo mô hình 3D trở nên phổ biến hơn, thuật ngữ này đã trở thành thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (computer-aided design). Giờ đây, vào năm 2023, chúng ta đã bước vào thời đại của Kỹ thuật với sự hỗ trợ của máy tính, hay còn gọi là CAE.
Tại sao bây giờ chúng ta đang ở thời đại của CAE? Chúng ta đang chứng kiến sự tích hợp của nhiều công nghệ giúp nâng cao các công cụ tạo mô hình 3D, biến chúng từ một tiện ích thành trợ lý thiết kế tham gia vào quá trình phát triển sản phẩm.
Ý tưởng này mở rộng công trình đột phá trong sản xuất bồi đắp (AM) của Andreas Vlahinos. Kỹ thuật khác với thiết kế ở chỗ kỹ thuật áp dụng toán học và cơ sở lý thuyết cơ học đã được thiết lập để phát triển các sản phẩm mới.
Hãy cùng xem xét sáu công nghệ CAD 3D mới và đang nổi lên (và khi nào nên sử dụng chúng):
1. Tối ưu hóa cấu trúc liên kết và Thiết kế sáng tạo (Topology Optimization and Generative Design)
Những công cụ này đại diện cho ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học (ML) vào quy trình thiết kế. Với tối ưu hóa cấu trúc liên kết, bạn có thể tìm thấy một giải pháp duy nhất cho một vấn đề kỹ thuật. Thiết kế sáng tạo tạo ra nhiều khái niệm tiềm năng khi bắt đầu chu trình thiết kế.
2. Sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing)
Liên quan chặt chẽ đến in 3D, sản xuất bồi đắp giúp sản xuất các bộ phận nhẹ hơn, có hình dạng phức tạp hơn và ít thành phần hơn so với khả năng của các kỹ thuật sản xuất bồi đắp truyền thống.
3. Mô phỏng thời gian thực (Real-Time Simulation):
Với mô phỏng thời gian thực, các kỹ sư có thể thực hiện phân tích cấu trúc, nhiệt, phương thức và dòng chất lỏng của các mô hình. Kết quả cập nhật về hình học khi các thiết kế đang được tiến hành, cung cấp phản hồi ngay lập tức về cách các thay đổi sẽ ảnh hưởng đến mô hình.
4. Ghi chú trên mô hình Model-Based Definition (MBD):
Ghi chú trên mô hình, hay MBD, là mô hình 3D được chú thích chứa tất cả thông tin cần thiết để sản xuất và kiểm tra sản phẩm. Trong MBD, bạn nắm bắt các kích thước, dung sai, ghi chú, ký hiệu, bề mặt hoàn thiện và các thông tin khác xác định các thành phần và sản phẩm trong mô hình, trái ngược với bản vẽ 2D truyền thống. Thay vì chia sẻ bản vẽ, bạn có thể chia sẻ mô hình, ở định dạng gốc hoặc định dạng STEP trung tính.
5. Mô hình hóa hành vi (Behavioral Modeling):
‘Các nghiên cứu về tính khả thi và tối ưu hóa cho phép chúng ta xây dựng ý định thiết kế của mình thành các mô hình. Chúng ta có thể thay đổi bất kỳ kích thước hoặc tham số nào trong một phạm vi cụ thể để đáp ứng các ràng buộc thiết kế và giảm thiểu hoặc tối đa hóa một phép đo khác, chẳng hạn như khối lượng.
6. Thiết kế công thái học (Ergonomic Design):
Thiết kế công thái học ngày càng trở nên quan trọng hơn đối với các nhà thiết kế và kỹ sư sản phẩm. Tại sao? Giống như con người không có hình dạng hoặc kích thước nhất định, chúng cũng không nên hình thành, phù hợp hoặc hoạt động. Với các khả năng mới trong Creo 9, bạn có thể tính đến tính độc đáo của người dùng khi bạn thiết kế sản phẩm cho họ. Với thiết kế công thái học, bạn đặt khách hàng của mình làm trung tâm trong quá trình thiết kế.
Cách sử dụng các công nghệ mới trong dự án thiết kế của bạn
Sẽ như thế nào khi bạn kết hợp những công nghệ mới nổi này? Hãy tưởng tượng bạn đang bắt đầu một dự án thiết kế mới. Quy trình công việc của bạn có thể trông như thế này:
1, Bạn cần phát triển các yêu cầu thiết kế cho vỏ của một chiếc máy nào đó, giữ khối lượng trong/ngoài, các điều kiện biên mà sản phẩm của bạn sẽ giao tiếp với các thành phần khác và các trường hợp tải.
2, Dựa trên các yêu cầu, bạn phát triển một mô hình nhiều khối để xác định hình học bắt đầu (đường bao ban đầu), hình học được bảo toàn (các khối phải được duy trì), hình học bị loại trừ (các khối phải tránh) và các khối không được chỉ định (hình học tạo điều kiện tạo điều kiện biên và các trường hợp tải).
3, Bạn phát triển các nghiên cứu về tối ưu hóa cấu trúc liên kết và/hoặc thiết kế chung để Creo xây dựng các giải pháp tiềm năng.
- Tối ưu hóa cấu trúc liên kết (Topology optimization) giúp bạn tìm ra giải pháp tốt nhất, dựa trên bất kỳ tiêu chí và phương pháp sản xuất nào (gia công CNC, ép phun/đúc hoặc sản xuất bồi đắp) mà bạn chỉ định.
- Các nghiên cứu thiết kế sáng tạo (Generative design) được thực hiện trên đám mây tận dụng công nghệ Atlas SaaS. Nghiên cứu tạo ra nhiều giải pháp thay thế thiết kế tiềm năng, nhiều trong số đó nhóm của bạn có thể không hình dung được. Bạn áp dụng các phương pháp Pareto để giảm bớt kết quả và chọn một khái niệm ban đầu.
4, Bạn thiết lập một mô phỏng thời gian thực (real-time simulation) để bạn có thể thấy các biện pháp phân tích quan trọng thay đổi như thế nào khi bạn tinh chỉnh thiết kế.
5, Bạn bắt đầu phiên khám phá thiết kế tập trung vào thiết kế công thái học (ergonomic design) để bạn có thể phân nhánh thành các phương án thiết kế phù hợp hơn với ý định của khách hàng.
6. Bạn tinh chỉnh thiết kế bằng cách sử dụng các tính năng mạng (lattice features) để giảm khối lượng cho các bộ phận sẽ được sản xuất bằng phương pháp sản xuất bồi đắp. Kích thước tính năng mạng có thể được sử dụng làm tham số thiết kế trong nghiên cứu khả thi và tối ưu hóa.
Trong quy trình làm việc này, gói CAD của bạn đã thực hiện hầu hết các công việc nặng nhọc trong suốt quá trình thiết kế, từ ý tưởng đến thiết kế chi tiết. Mô phỏng và tối ưu hóa được thực hiện song song với công việc thiết kế, thay vì ở cuối quy trình.
Các công nghệ mới trong Creo 9
Các công cụ CAD đã phát triển từ việc chỉ đơn giản làm theo hướng dẫn của chúng tôi và tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo hình học, thành một trợ lý kỹ thuật gần như độc lập. Bây giờ là thời điểm thú vị để phát triển sản phẩm.
Bạn có quen thuộc với tất cả các công nghệ mới nổi này không? Bất kỳ trong số họ có lợi cho quá trình thiết kế của bạn?
Creo 9 giới thiệu nhiều cải tiến hướng đến khách hàng để giúp bạn làm việc hiệu quả hơn mỗi ngày. Chúng bao gồm các công cụ mới để quản lý, thao tác và hiểu các mô hình CAD, cũng như các cải tiến về khả năng thiết kế cho công thái học, định nghĩa dựa trên mô hình (MBD), mô phỏng, thiết kế tổng quát và cả sản xuất bồi đắp và trừ. Tìm hiểu thêm về Creo 9 tại đây.
