Oggi progettare in modo intelligente significa utilizzare strumenti software che, partendo da una base dati oggettiva, attraverso sofisticati algoritmi e calcoli matematici siano in grado di ottimizzare e alleggerire forme, attraverso tecniche di ottimizzazione topologica, e processi, prevedere costi e comportamenti meccanici dei componenti, generare geometrie innovative ed efficientare l’intero workflow di sviluppo prodotto.
In ambiente additive manufacturing questa ottimizzazione si realizza con i software GrabCAD e Cognitive Design Systems.
L’ottimizzazione topologica è uno degli strumenti più efficaci per progettare in maniera intelligente componenti migliorati nelle loro performance e caratteristiche meccaniche, attraverso una riduzione del materiale, del peso e dei costi. Per questo sono sempre più numerose le aziende manifatturiere che scelgono di integrare un software di ottimizzazione topologica nei loro processi di sviluppo prodotto.
Spesso questa scelta viene fatta insieme all’adozione di tecnologie per l’Additive Manufacturing nelle linee produttive e di appositi strumenti software per la semplificazione e l’efficientamento dei processi di stampa 3D, come GrabCAD Print sia nella sua versione base già integrata nelle stampanti 3D Stratasys, sia nelle due versioni PRO – GrabCAD Print Pro e GrabCAD Streamline Pro, pensate per l’industria.
A questi strumenti si aggiunge oggi un’altra soluzione ancora, che potremmo definire un vero e proprio booster di progettazione: il software Cognitive Design Systems (CDS), una soluzione avanzata AI-powered che, con l’intervento dell’intelligenza artificiale, ottimizza direttamente all’interno dell’ambiente CAD, rendendola accessibile anche ai progettisti non specialisti.
Ottimizzazione topologica: un forte legame con la stampa 3D
L’ottimizzazione topologica è quella parte fondamentale del processo di progettazione che, partendo da un modello 3D, riduce il materiale all’interno di un volume definito per ottenere la massima efficienza strutturale.
Definendo carichi, vincoli e obiettivi prestazionali, l’algoritmo calcola il percorso ottimale dei carichi e mantiene il materiale solo dove è realmente necessario, senza essere condizionato da esigenze estetiche o dagli approcci progettuali tradizionali. Il risultato non è una semplice geometria alleggerita ma un vero e proprio “componente intelligente”, caratterizzato da un miglior rapporto resistenza/peso e da prestazioni meccaniche superiori: in generale, soluzioni difficilmente realizzabili con i metodi tradizionali.
In una fase iniziale, l’ottimizzazione topologica è stata prevalentemente confinata alle attività di ricerca e sviluppo, poiché le geometrie generate risultavano difficilmente realizzabili attraverso i processi produttivi tradizionali.
L’avvento della manifattura additiva e, in particolare, della stampa 3D in metallo, ha determinato un cambiamento: grazie a queste tecnologie, che permettono la deposizione di materiale layer by layer solo laddove previsto dal disegno cad, senza sprechi, i progettisti hanno acquisito la possibilità di produrre concretamente le forme organiche derivate dagli algoritmi di ottimizzazione topologica.
Oggi, grazie all’introduzione di vincoli di produzione all’interno degli strumenti di ottimizzazione topologica, è possibile governare la geometria finale affinché sia compatibile anche con tecniche consolidate come fusione, stampaggio e formatura, rendendo l’approccio applicabile su scala industriale.
Ottimizzazione topologica e Design for Additive Manufacturing (DfAM): perché devono lavorare insieme
Le geometrie generate dagli algoritmi di ottimizzazione topologica hanno qualcosa in comune con le forme innovative create dai software di Generative Design che seguono un approccio definito “Design for Additive manufacturing”: in entrambi i casi c’è un allontanamento da tutto ciò che è tradizione e standard.
Si tratta in entrambi i casi di gestire geometrie nuove, dalle forme organiche, alleggerite, ispirate alla natura e ottimizzate per ottenere massima efficienza funzionale e massima riduzione degli sprechi.
L’introduzione delle tecnologie per la manifattura additiva in produzione ha reso più semplice l’applicazione concreta dei risultati dell’ottimizzazione topologica e del Design for Additive Manufacturing.
Possiamo dunque affermare che l’ottimizzazione topologica e il Design for Additive Manufacturing (DfAM) sono strettamente connessi: la prima definisce la distribuzione ottimale del materiale in funzione delle prestazioni, mentre il DfAM traduce queste geometrie in soluzioni realmente producibili con la stampa 3D. Insieme permettono di sfruttare appieno la libertà geometrica dell’ecosistema additive manufacturing, trasformando modelli ottimizzati in componenti industrializzabili ed efficienti.
GrabCAD è il software che si inserisce nel flusso che collega ottimizzazione topologica e Design for Additive Manufacturing, supportando il processo che porta dalle geometrie ottimizzate alla produzione additiva reale. Grazie alla gestione collaborativa dei modelli e alla verifica dei parametri di stampa, la piattaforma consente di validare la producibilità delle forme generate dall’ottimizzazione topologica, rendendo il DfAM un processo concreto e replicabile.
GrabCAD, il software che supporta il workflow di Design for Additive Manufacturing
Produrre in additive per l’industria e progettare per l’additive è vantaggioso, ma alquanto sfidante: non si può pensare di farlo senza stampanti 3D professionali di un certo livello tecnico e affidabilità, né senza l’ausilio di software adeguati e ad alte prestazioni.
GrabCAD Print è il software di Stratasys che più di ogni altro, già nella versione base – integrata proprio nelle stampanti 3D Stratasys – e ancor più nelle due versioni PRO (GrabCAD Print Pro e GrabCAD Streamline Pro) semplifica la gestione di tutto il processo di stampa 3D.
GrabCAD svolge un ruolo chiave nel Design for Additive Manufacturing (DfAM) perché mette in comunicazione diretta le fasi di progettazione, validazione e produzione additiva. La piattaforma consente di gestire e condividere i modelli 3D, verificare impostazioni di stampa, materiali e orientamenti, e valutare in anticipo criticità legate a supporti, qualità superficiale e tempi di produzione.
In questo modo, GrabCAD contribuisce a rendere il DfAM un processo strutturato e ripetibile, riducendo iterazioni e rischi nella transizione dal progetto alla parte stampata.
GrabCAD oltre a supportare il Design for Additive Manufacturing, diventa punto di collegamento tra DfAM e ottimizzazione topologica grazie all’integrazione nella sua architettura espandibile di plug-in dedicati del software Cognitive Design Systems (CDS).
Cognitive Design Systems: stand alone o plug in per un risultato eccellente in fatto ottimizzazione topologica
Le soluzioni sviluppate da Cognitive Design Systems consentono di integrare strumenti AI-powered avanzati di progettazione generativa e ottimizzazione topologica nei processi di Design for Additive Manufacturing. Il software CDS può essere utilizzato sia come applicazione stand-alone, sia come plug-in integrabile in ambienti di gestione della stampa 3D come GrabCAD.
Nella versione stand-alone il software offre funzionalità particolarmente estese per l’analisi e l’ottimizzazione dei modelli CAD, permettendo di elaborare geometrie complesse sulla base di vincoli strutturali, carichi operativi e requisiti di producibilità. Una delle funzionalità più significative è il Field Data Driven Design, che consente di progettare componenti o tooling partendo dalla geometria reale di un oggetto acquisita tramite scansione 3D. Il modello risultante può quindi essere adattato alla forma dell’oggetto esistente e successivamente ottimizzato attraverso gli algoritmi di topologia del software CDS, rendendo possibile lo sviluppo rapido di attrezzature e componenti perfettamente aderenti al contesto applicativo.
Parallelamente, CDS può essere integrato tramite plug-in dedicati in GrabCAD Print.
GrabCAD diviene quindi parte integrante del processo di Design for Additive Manufacturing attraverso la sua estensione con i moduli CDS che introducono analisi di fattibilità, orientamento dei pezzi, nesting automatico, valutazione della stampabilità e indicatori di prestazione come il carbon footprint dei modelli.
I plug-in di CDS consentono di analizzare un modello CAD ottimizzato topologicamente (o predisposto per la produzione additiva), valutarne la producibilità, stimarne costi e impatti ambientali e automatizzare parti della preparazione alla stampa, prima ancora che il file venga mandato fisicamente alla macchina.
Questo collegamento crea un percorso operativo continuo: il progettista può partire da modelli 3D ottimizzati (attraverso strumenti esterni o CAD dotati di ottimizzazione topologica), integrarli nei progetti di produzione additiva, e poi usare GrabCAD con plug-in CDS per finalizzare il componente, gestire i parametri di stampa e valutare vincoli e prestazioni in un ambiente software unico.
In questo modo, l’ottimizzazione topologica, il Design for Additive Manufacturing e la preparazione alla stampa 3D si integrano in un flusso di lavoro strutturato e collaborativo che riduce le iterazioni, aumenta l’efficienza e facilita l’industrializzazione delle parti additivamente prodotte.
All’interno di questo ecosistema si inserisce anche la funzionalità Fixturemate, disponibile in GrabCAD, che consente di generare rapidamente attrezzature di supporto o fixture partendo dalla geometria del componente.
In combinazione con gli strumenti di Cognitive Design Systems, queste funzionalità permettono di costruire workflow completi in cui ottimizzazione topologica, progettazione basata su dati reali e preparazione alla stampa 3D convergono in un processo progettuale strutturato ed efficiente.
