RP2industrial print topologie-geoptimaliseerd drone-ontwerp

Eén van de meest opvallende ontwikkelingen op 3D printgebied is gek genoeg niet de 3D printtechniek zelf, maar een techniek om tot een 3D model te komen: Topology Optimization (ook wel: Generative Design). Topology Optimization is een techniek waarbij de gebruiker de relevante ontwerprandvoorwaarden aangeeft, waarna speciale 3D software de gebruiker de meest optimale vorm levert. Deze vormen zijn over het algemeen alleen maar met 3D printtechnieken te maken. Ron Klauss en mede-oprichter Mike de Winter van 3D printbedrijf RP2industrial uit Etten-Leur volgen de ontwikkelingen op de 3D printmarkt op de voet en raakten geïntrigeerd door deze techniek.

Natuur

Toen Klauss zich verdiepte in topologie-optimalisatie stuitte hij op Altair Inspire. Inspire is optimalisatiesoftware die gebruik maakt van de door Altair ontwikkelde OptiStruct Engine. Deze is al sinds de jaren '80 in ontwikkeling. Nieuw is de techniek dus helemaal niet maar het krijgt de laatste jaren wel meer voet aan de grond. Mede vanwege de mogelijkheden van 3D printen, bieden steeds meer 3D pakketten topologie-optimalisatie op hun eigen manier aan.

De basis van OptiStruct bevindt zich in de natuur zelf. Hierdoor levert het veelal organische vormen op, die moeilijk of niet op traditionele wijze te produceren zijn. Veelal heb je te maken met ondersnijding en niet lossende vormen. Nu kun je in Inspire wel productie-constraints opnemen, maar eigenlijk is dat zonde en juist beperkend. Daarom is 3D printing zo’n mooie match met topologie-optimalisatie: de vormvrijheid van beide is eindeloos.

Samen met Design8, de reseller van Altair, ging Klauss op zoek naar voorbeelden om te printen. In een Inspire Use Case vonden zij een ontwerp van een drone, die geoptimaliseerd is door studenten aan het Maharashtra Institute of Technology (MIT) in Pune, India. Onder begeleiding van Associate Professor Girish S. Barpande werkten zij aan hun afstudeeropdracht: "Topology Optimization of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV)." Het doel: optimaliseer een bestaand drone-model tot een lichter en sterker ontwerp. Zij kregen daarbij assistentie van Chaitanya Kachare, Associate Professor Transportation Design aan de MIT-zusterorganisatie Institute of Design.

De studenten hadden de beschikking over Altair Inspire en wisten hiermee in een uitzonderlijk korte ontwerptijd maarliefst 32% gewichtsbesparing te realiseren t.o.v. het oorspronkelijke ontwerp. Het geoptimaliseerde ontwerp bestond bovendien niet uit de oorspronkelijke 6, maar uit slechts één onderdeel (de hele Use Case is hier te vinden).

"Het meest interessante aan die drone vind ik de vorm," aldus Klauss. "Een dergelijke vorm kun je namelijk alleen maar 3D printen. En omdat wij de beschikking hebben over een HP MultiJet Fusion printer, zijn wij in staat om zeer snel een dergelijk ontwerp bruikbaar te produceren." Design8 werd bereid gevonden om hieraan mee te werken.

Wennen

Design8 is importeur van 3D ontwerpsoftware en sinds 2013 reseller van het Altair Inspire Platform. Orlando Sardaro, directeur van Design8 en zelf industrieel ontwerper, licht de achtergrond toe van het Altair Inspire Platform bij Design8. "Onze focus is altijd ontwerpsoftware geweest," aldus Sardaro. "We bieden ontwerpers tools om de ontwerpworkflow te verbeteren. En toegegeven, in het begin moesten ook wij wennen aan het verkopen van dergelijk technische software. Maar als je Inspire als een conceptgenerator ziet, dan past het pakket eigenlijk perfect in onze product portfolio. Wel merken we dat ontwerpers hier ook aan moeten wennen en we voorzien ze dan ook met veel geduld van de noodzakelijke informatie. Gelukkig is Altair Inspire een waanzinnig eenvoudig te gebruiken applicatie die feilloos met alle 3D software samenwerkt en bovendien de techniek op een heel laagdrempelige manier aanbiedt. Dat helpt."

Altair Inspire biedt de designer dus de meest optimale vorm, op basis waarvan deze het ontwerp kan vervolmaken. "Deze werkwijze verschilt fundamenteel van de huidige methodiek," aldus Sardaro. "Die is namelijk precies andersom: nu genereert de ontwerper een vorm, waarna deze door iemand anders wordt doorgerekend op sterkte en stijfheid. Dit kost extra tijd en als het ontwerp dan ook nog eens wordt afgekeurd, gaan soms kostbare weken verloren. Wordt het ontwerp overigens wél goedgekeurd dan bevat het vaak te veel materiaal en is het daardoor zwaarder en duurder dan nodig is. Niet optimaal dus! Ik vraag ontwerpers: waarom zou je niet met de oplossing beginnen?"

Vliegen

RP2 kreeg het 3D model van de drone via Altair aangeleverd. Het was 43 cm groot en paste precies op het printbed van de HP MultiJet Fusion printer. Binnen een dag waren twee modellen klaar. Om het af te maken kregen de Nylon drone-cages nog een zwarte kleurbehandeling waarna ze er perfect uitzagen. "De drone-cage voelde ongelooflijk sterk en licht aan," vertelt Klauss in z'n nopjes. Ook Orlando was tevreden met het resultaat en zou de drone graag zien vliegen. "We zijn nu bezig om langzaamaan de onderdelen te verzamelen om de drone inderdaad ook echt te kunnen laten vliegen. Gesteund door deze state-of-the-art technologie hebben we er alle vertrouwen in dat dit ook gaat lukken."

De drone-cage was te bewonderen op de RapidPro beurs in Veldhoven op 13 en 14 maart 2019, waar Design8, Altair en RP2industrial acte de presence gaven.

Over Altair Inspire

Altair Inspire is topologie-optimalisatiesoftware die een vorm oplevert, niet alleen een plaatje. Gebaseerd op de Altair OptiStruct Engine & Parasolid genereert Inspire concepten die lichter en sterker zijn en sneller op de markt gezet kunnen worden.

Over RP2

Serieproductie door middel van 3D-printen in kunststof is de specialiteit van RP2industrial. Snelle levering, flexibiliteit, betrouwbaarheid en persoonlijk contact zijn de kenmerken waarmee RP2industrial zich onderscheidt in de markt. RP2industrial is het in 2018 opgerichte zusterbedrijf van RP2 wat al sinds 1998 een begrip is op het gebied van rapid prototyping en 3D-printen. Waar RP2 zich vooral toelegt op prototypes en 0-series van producten, houdt RP2industrial zich uitsluitend bezig met het produceren van producten door middel van additive manufacturing.
http://www.rp2industrial.nl

Over Design8 bv

Design8 bv uit Tiel is leverancier van 3D software aan de ontwerpmarkt. Zij ondersteunen designers in hun ontwerpworkflow met betaalbare software die eenvoudig in gebruik is. Daarnaast ondersteunen ze hun klanten met technische support en training.

Over het Maharashtra Institute of Technology, Pune, Inc.

Het Maharashtra Institute of Technology (MIT) in Pune is een ingenieursopleiding geaffilieerd aan de Universiteit van Pune, India. Het werd in 1983 opgericht door Vishwanath D. Karad en is één van de eerste ingenieursopleidingen in de private sector in Maharashtra.