Verso l'infinito e oltre
La National Aeronautics and Space Administration (NASA), l'organizzazione governativa che da oltre sessant'anni rende possibile l'impossibile mondo dei viaggi nello spazio, sta ora esplorando una frontiera più terrestre. È diventata un terreno di sperimentazione per il design generativo, che utilizza l'intelligenza artificiale (IA) per creare nuovi progetti CAD.
Sfida
La missione Artemis della NASA mira a riportare gli esseri umani sulla Luna, esplorando le possibilità di insediamenti permanenti per il futuro lì e, un giorno, su Marte. Affinché tutto questo possa accadere, gli ingegneri della NASA devono esaminare ogni parte di un veicolo spaziale per ridurre al minimo l'ingombro e il peso, oltre che per sopravvivere alle temperature estreme della Luna e oltre.
Soluzione
Un esperimento condotto in occasione di una recente conferenza ha sfidato gli ingegneri a sviluppare un elenco di geometrie e qualità di cui un pezzo specifico avrebbe avuto bisogno per sopravvivere al volo e tollerare le condizioni estreme sulla superficie della Luna. Questi elementi sono stati inseriti in un framework di progettazione generativa che ha permesso all'intelligenza artificiale di sviluppare un pezzo che soddisfacesse tali criteri.
Risultato
Uno dei vantaggi del design generativo è la capacità di vedere le cose al di là dell'occhio umano, con una sensibilità distaccata, creando la soluzione migliore per un insieme di parametri. Cambia l'intero flusso di lavoro, prendendo decisioni di design razionali in modo incredibilmente rapido. A tal fine, ciò che ha sorpreso tutti è stata la velocità: meno di 36 ore per passare dalla determinazione dei vincoli e dal upload sulla piattaforma digitale di Protolabs ad un pezzo lavorato.
"Per il successo di questo evento, sapevamo che qualsiasi produttore a cui ci fossimo rivolti (per la produzione del pezzo) avrebbe dovuto consegnare il pezzo ordinato in tempo. Non c'era spazio per errori o ritardi".
Matthew Vaerewyck, ingegnere meccanico del Goddard Space Flight Center della NASA.
Da parte a partnership
Il PowerSource Global Summit è una conferenza tecnologica che riunisce governo, industria privata, università e altri soggetti per scambiare informazioni, idee e buone pratiche.
I partecipanti si sono riuniti per identificare i vincoli della parte progettata in modo generativo, che funge da apparato per tenere l'equivalente di una beuta da 250 ml capovolta per catturare campioni di gas volatili rilasciati quando la luna si riscalda.
Design generativo con la NASA
La NASA abbraccia il design generativo per accelerare in modo significativo il processo di sviluppo dei prodotti.
Scarica la scheda tecnicaSopravvivere ai viaggi e agli ambienti spaziali
Gli oggetti che si trovano sulla Luna, nell'area che Artemis abiterà, devono tollerare temperature che possono variare da -193 C a -48 C. Secondo Vaerewyck, gli ingegneri della conferenza hanno dovuto chiedersi: "Cosa deve fare questo pezzo e in quale ambiente deve sopravvivere". Da qui hanno sviluppato i parametri per generare il progetto, con un occhio di riguardo all'ottimizzazione del peso e alla massimizzazione della rigidità.
Perché preoccuparsi tanto del peso? Le statistiche della NASA indicano che ogni chilogrammo lanciato nello spazio costa un milione di dollari, quindi ogni riduzione di peso fa risparmiare i contribuenti.
Quando si parla di alleggerimento, il primo materiale che viene in mente è l'alluminio, grazie al suo eccellente rapporto resistenza/peso. In questo caso, il pezzo lavorato a controllo numerico è stato realizzato con una forma di alluminio 6061 che è stata sottoposta a processi per migliorarne la resistenza e le capacità di riduzione delle sollecitazioni. È una scelta popolare per i settori aerospaziale, automobilistico, navale e manifatturiero in generale.
Altri parametri di progettazione fondamentali erano la capacità del pezzo di sopportare una massa di 68 libbre e la sua impilabilità. Quest'ultima caratteristica consente a più copie del pezzo di occupare meno spazio sulla navicella.
Il pezzo doveva essere dotato di piedini che gli permettessero di stare in piedi sulla superficie irregolare della Luna.
Infine, gli ingegneri volevano un pezzo che fosse rapidamente lavorabile. Sebbene tecnologie come la stampa 3D offrano una maggiore libertà di progettazione, la stampa 3D in metallo non sarebbe stata possibile nelle 36 ore necessarie per la consegna del pezzo.
Dal modello alla parte fisica: È il momento di fare i conti
Con tutti questi dati, il computer ha fatto i conti. Dopo aver considerato tutti i vincoli imposti dagli ingegneri al progetto, ha prodotto il file CAD con lo scenario migliore. "La cosa fantastica è che non sapevamo cosa avremmo ottenuto alla fine", ha detto Vaerewyck. Il risultato è stato un miglioramento da 6 a 10 volte in termini di massa, rigidità e tempo di progettazione.
Si è passati rapidamente al percorso utensile: 19 ore di fresatura e 4 ore di lavorazione. "Non si può sottovalutare l'elemento umano, che ha garantito che non ci fossero allarmi o errori nel processo di fresatura", ha detto Greg Perz, responsabile tecnico di produzione di Protolabs per la lavorazione CNC.
Il pezzo progettato in modo generativo ha delle interruzioni nel design circolare, che permettono di risparmiare ore di fresatura, consentendo una più semplice fresatura a 2 assi.
La nostra scadenza era alle 17:00 e i primi pezzi sono stati consegnati alle 16:31. È stato rapido e indolore". È stato rapido e indolore", ha dichiarato Perz. Dall'iniziale brainstorming di progettazione generativa alla consegna del pezzo ci sono volute solo 36 ore.