Implementácia metód návrhu generatívneho dizajnu pre inovatívne vzdelávanie v oblasti aditívnych technológií

Basic informations

Thematic area: komisia č. 2 pre nové technológie, metódy a formy vo vzdelávaní

Project name (Slovak): Implementácia metód návrhu generatívneho dizajnu pre inovatívne vzdelávanie v oblasti aditívnych technológií

Project name (English): Implementation of generative design methods for innovative education in the field of additive technologies

Start of project: 2022

End of project: 2024

Condition of project: Financovaný/riešený

Project number: 004TUKE-4/2022

Project leader: Ing. Jozef Török, PhD.

University: Technická univerzita v Košiciach

Department: Fakulta výrobných technológií so sídlom v Prešove

Project annotation in Slovak language

Vzdelávacie nástroje pre oblasť počítačového modelovania s implementáciou aditívnej technológie majú  v období digitálnej revolúcie Industry 4.0 nezastupiteľné miesto v technicky orientovaných predmetoch. Súčasné požiadavky na radikálne skrátenie času prípravy inovácií a racionalizáciu vývojového procesu vedú k rýchlemu uplatňovaniu nových metód a techník pri zaručení kvality zhotovenia požadovaných produktov. Žiaden výrobný proces nie je možné aplikovať tak univerzálne ako aditívne technológie priestorovej tlače.  Prostriedky postupného vrstvenia materiálov nachádzajú uplatnenie od tvorby nanoštrukúr pre oblasti elektroniky, fotoniky a bioniky po tvorbu nadrozmerných jednoliatych konštrukcií pre kozmický priemysel.  Ovplyvňovaním vnútorného rozloženia vrstiev je možné manipulovať anisotropiu vrstveného materiálu a tak priamo ovplyvniť mechanické vlastnosti zhotovovaného komponentu. Je nevyhnutné technologický pokrok implementovať do vzdelávacieho procesu tak, aby získavané poznatky  bolo možné priamo aplikovať do ďalších časti vzdelávania, ale hlavne rýchlo transformovať  najnovšie postupy do výrobnej praxe.

Predkladaný projekt si kladie za cieľ vzdelávať študentov denného ako aj distančného štúdia v technológiách aditívnej výroby z komplexného hľadiska. Študenti dostanú priestor vytvárať digitálny obsah priamo pre využitie silných stránok priestorovej tlače v prostredí CAD systémov s podporou pokročilých CAM analýz na priemyselnej úrovni. Využívanie generatívneho dizajnu pri CAD návrhoch v spojení s technikami aditívneho inžinierstva prináša ďalšie benefity do zavádzania štandardov Industry 4.0, avšak sú nevyhnutné inovácie v spojení s bez-obslužnou výrobou súčasnosti, za účelom tvorby decentralizovaných viacúčelových výrobných systémov pre ďalší technologický pokrok.  Študenti vďaka aplikovanému aditívnemu inžinierstvu sú schopní s využitím základných materiálových surovín generovať funkčné telesá s parametrami porovnateľnými s konvenčne vyrábanými dielcami, za zlomok času a s veľkou materiálovou úsporou. Štúdium možností generovania vysoko-personalizovaných dielov a pružnej širokospektrálnej automatizovanej výroby so zreteľom na ekologickú udržateľnosť je vysoko aktuálne.  Moderná výroba budúcnosti nesmie byť závislá na zahraničných výrobných bunkách, kde prírodná katastrofa v malom regióne alebo globálne reštrikcie zapríčinia ochromenie  akéhokoľvek výrobného systému. Vzdelávanie v prostriedkoch návrhu optimalizovaných organických štruktúr v rámci CAD návrhu produktu v spojení s aplikáciami priestorovej tlače pokrýva aplikácie najmodernejších postupov pre všetky sféry moderného priemyslu. Výskumno - edukačná časť projektu bude rozdelená do dvoch fundamentálnych častí zameraných na osvojenie si najnovších techník v rámci CAD návrhov a CAE analýz pre potreby aditívnej výroby a výskumu v rámci optimalizácie procesov a inovácie konštrukcie aditívnych výrobných systémov. Na základe výskumných aktivít budú realizované inovácie laboratória pre rýchlu aplikovanú autonómnu produkciu výrobkov a funkčných zostáv. Študentom bude umožnené prakticky riešiť úlohy vyžadujúce pokročilé inžinierske nástroje pre návrh a realizáciu napríklad funkčnej 4D výroby a stým spojenou inováciou terajších systémov.

Project annotation in English language

Educational tools for the field of computer modelling with the implementation of additive technology have an irreplaceable place in technically oriented subjects in the period of the digital revolution of Industry 4.0. The current requirements for a radical reduction of the time of preparation of innovations and rationalization of the development process lead to the rapid application of new methods and techniques while guaranteeing the quality of production of the required products. No production process can be applied as universally as additive 3D printing technologies.  electronics, photonics and bionics to the creation of oversized uniform structures for the space industry. By influencing the internal distribution of the layers, it is possible to manipulate the anisotropy of the layered material and thus directly influence the mechanical properties of the manufactured component. It is necessary to implement technological progress into the educational process so that the acquired knowledge can be directly applied to other parts of education, but especially to quickly transform the latest procedures into production practice.

The presented project aims to educate full-time and distance learning students in additive production technologies from a comprehensive point of view. Students will be given the space to create digital content directly for the use of the strengths of 3D printing in the environment of CAD systems with the support of advanced CAM analysis at the industrial level. The use of generative design in CAD designs in conjunction with additive engineering techniques brings additional benefits to the implementation of Industry 4.0 standards, but innovations are needed in conjunction with today's unmanned manufacturing to create decentralized multi-purpose manufacturing systems for further technological advancement.  Thanks to applied additive engineering, students are able to use basic material raw materials to generate functional bodies with parameters comparable to conventionally manufactured parts, in a fraction of the time and with great material savings. The study of the possibilities of generating highly-personalized parts and flexible, wide-spectrum automated production with regard to environmental sustainability is highly topical. The modern production of the future must not depend on foreign production cells, where a natural disaster in a small region or global restrictions will cause the paralysis of any production system. Training in the design of optimized organic structures within the CAD design of the product in conjunction with 3D printing applications covers the application of state-of-the-art procedures for all spheres of modern industry. The research - educational part of the project will be divided into two fundamental parts focused on the acquisition of the latest techniques in CAD design and CAE analysis for the needs of additive production and research in process optimization and design innovation of additive production systems. Based on research activities, innovations of the laboratory for rapid applied autonomous production of products and functional assemblies will be implemented. Students will be able to practically solve tasks requiring advanced engineering tools for the design and implementation of, for example, functional 4D production and the associated innovation of existing systems.

 

Financial grant of MŠVVandŠ SR within KEGA

	Financial grant of MŠVVandŠ SR within KEGA	Capital expenditures in €
Drawn in year 2024	15 566,00	0,00