La matematica alla base della produzione additiva

In un avvincente episodio dell'Additive Snack Podcast, il conduttore Fabian Alefeld parla con Harshil Goel, fondatore e CEO di Dyndrite, del ruolo fondamentale della matematica nel progresso della produzione additiva (AM).

Goel, che ha una solida formazione in matematica e ingegneria meccanica, condivide il suo viaggio inaspettato nel mondo dell'AM e il modo in cui Dyndrite sta sfruttando la matematica pura per risolvere le complesse sfide del settore. L'episodio illustra la missione di Dyndrite, il suo impatto sul potenziamento degli ingegneri e i suoi sforzi per superare i confini della tecnologia AM.

Da outsider a fondatore: Il viaggio di Harshil nel mondo dell'AM

Goel apporta al settore AM una miscela unica di rigore accademico e spirito imprenditoriale. Il suo background scientifico è radicato nella matematica, in particolare nella geometria differenziale e nella topologia, che descrive come "fare il calcolo sulle superfici". Nell'ambito dell'ingegneria meccanica, la sua esperienza si concentra sulla meccanica dei fluidi, sulla meccanica dei fluidi computazionale e sulla meccanica dei continui: in sostanza, "risolvere problemi matematici molto difficili per scopi ingegneristici".

Il viaggio di Goel nell'AM non è stato convenzionale; lui stesso ha confessato di non sapere cosa fosse l'AM fino al 2015-2016, quando Boeing lo ha contattato con una sfida riguardante le carenze del software AM esistente. La sua capacità di concettualizzare e fornire rapidamente soluzioni ha portato alla fondazione di Dyndrite nel 2017, trasferendosi inizialmente a Washington per essere più vicino ai primi clienti e dipendenti.

Prima di fondare Dyndrite, Goel ha insegnato MATLAB e Python alla UC Berkeley, dove ha anche completato i programmi di laurea, master e dottorato. Questa esperienza di insegnamento ha influenzato in modo significativo il design del software Dyndrite, che insegna in modo sottile agli utenti a programmare.

Il concetto centrale di Dyndrite e l'impatto sul settore

L'offerta principale di Dyndrite è un software progettato per guidare i clienti dall'utilizzo iniziale della macchina fino alla produzione su larga scala in AM. Goel classifica il percorso del cliente in tre livelli di maturità:

1. Preparazione della costruzione: Si tratta di attività essenziali come l'importazione della geometria, l'orientamento, il nesting, l'etichettatura, il supporto e l'affettatura dei pezzi per la preparazione della macchina. Pur non essendo l'aspetto più "sexy", è un requisito fondamentale. Dyndrite automatizza questi processi in modo significativo, come dimostrato da un cliente che ha risparmiato 20.000 dollari a settimana solo sull'etichettatura automatizzando l'intero processo.
2. Sviluppo di materiali e processi: Dopo aver prodotto un primo pezzo, i clienti mirano a creare in modo affidabile pezzi specifici su macchine specifiche con materiali specifici. Il contributo unico di Dyndrite in questo caso è lo sviluppo di strategie per istruire la macchina su "dove fare cosa quando" per migliorare la qualità del pezzo e la produttività della macchina. Un esempio è l'applicazione di un "parametro pelle" per le aree critiche (ad esempio, 30-60 micron) e di un "parametro produttività" per il nucleo (ad esempio, 90-120 micron), con un potenziale miglioramento di due volte del tempo di costruzione. Un cliente del settore della propulsione, senza alcuna esperienza precedente o simulazione, è stato in grado di stampare in 1,5 settimane parti in Inconel che prima riteneva impossibili, utilizzando gli strumenti Dyndrite e la matematica di base.
3. Qualificazione e tracciabilità: Una volta prodotti i pezzi, garantire la ripetibilità, la qualificazione, la calibrazione e la tracciabilità diventa fondamentale per la preparazione alla produzione. Dyndrite mira a semplificare i processi di qualificazione, rendendo più facile per le aziende passare da un software all'altro mantenendo la conformità.

Un'innovazione chiave del software Dyndrite è la sua "modalità turbo", che visualizza il codice Python in background mentre gli utenti interagiscono con l'interfaccia grafica (GUI). Questa scelta progettuale deriva dall'approccio all'apprendimento linguistico di Goel, che presenta la familiare interfaccia grafica insieme al nuovo linguaggio di programmazione, demistificando così la codifica per gli ingegneri meccanici e incoraggiandoli a codificare le loro pratiche. Questo approccio consente un'automazione avanzata, come la generazione automatica di etichette e supporti in base ai metadati dei colori CAD.

Osservazioni sul settore e previsioni per il futuro

Goel osserva che il settore dell'AM sta maturando in modo significativo, con professionisti più sofisticati che pongono domande più complesse, stimolando l'innovazione. Le dimensioni e i volumi delle macchine continuano a raddoppiare ogni cinque-dieci anni, creando la necessità di capacità di elaborazione dei dati più robuste per la generazione dei percorsi utensile.

Per quanto riguarda i progressi tecnologici, Goel sottolinea il ruolo cruciale delle GPU. Pur riconoscendo il clamore suscitato dall'IA, ritiene che l'impatto più significativo di tendenze come Bitcoin, videogiochi e VR sull'AM sia l'aumento degli investimenti nello sviluppo delle GPU. Questo ha accelerato notevolmente gli algoritmi di geometria computazionale, consentendo la generazione di percorsi utensile più rapidi e complessi per macchine sempre più grandi. La velocità delle GPU è aumentata di migliaia di volte, rendendo il calcolo avanzato più accessibile e conveniente.

Dal punto di vista della qualificazione, Goel identifica una lacuna nei quadri esistenti: Traducendo le tradizionali variabili chiave delle prestazioni (KPV), come la distanza dei boccaporti, la spaziatura, la potenza del laser e la velocità, in una nuova serie di numeri non dimensionali (rapporti), le aziende possono ottenere una maggiore flessibilità. Ad esempio, invece di qualificare un pezzo in base a un'altezza di strato di 60 micron, qualificarlo in base alla densità di energia volumetrica consente di modificare l'altezza dello strato (ad esempio, 120 micron o 30 micron) regolando proporzionalmente la potenza del laser, senza richiedere una riqualificazione.

Questo approccio accelera notevolmente l'applicazione di più parametri a un singolo pezzo e consente una stampa più rapida.

Le intuizioni di Harshil Goel sottolineano il potere di trasformazione della matematica e del software strategico nel progresso della produzione additiva. La sua visione di una qualificazione semplificata e di una maggiore produttività apre la strada al pieno potenziale dell'AM nelle applicazioni industriali.

Connettersi e saperne di più

Per ulteriori approfondimenti sul lavoro di Harshil Goel e su Dyndrite, è possibile consultare le seguenti risorse:

• Per saperne di più sul lavoro di Harshil Goel presso Dyndrite.
• Collegatevi con Harshil Goel su LinkedIn.
• Leggete il profilo di Harshil Goel su Forbes.