DESIGN FOR ADDITIVE MANUFACTURING: OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA

Feb 21, 2019 | Ingeniería, Materiales

El crecimiento de la fabricación aditiva en la última década ha sido exponencial.  Gracias al desarrollo tecnológico y de materiales, y siguiendo tendencias como sostenibilidad o customización, ha evolucionado desde el prototipado rápida hasta la producción de piezas finales de gran valor añadido.

Las posibilidades que ofrecen las tecnologías avanzadas abren un escenario tan grande como desconocido, y es por ello que un desarrollo paralelo en el conocimiento (y transmisión) de herramientas y metodologías se presenta como uno de los retos principales.

La idea de fabricación aditiva como alternativa a la hora de producir es limitada. No se trata de una simple opción de fabricación, sino que lo es ya desde la concepción del objeto.

DFAM (Design For Additive Manufacturing) es una disciplina que se ocupa de recoger directrices para la fabricación aditiva. Aunque esté lejos de ser una ciencia consolidada, en parte porque la propia fabricación aditiva no está al nivel de maduración del resto de tecnologías de fabricación, se identifican algunas prácticas o herramientas recurrentes que se están utilizando con éxito.

La optimización topológica es una de ellas. Se trata de una herramienta basada en métodos matemáticos que asiste en el proceso de diseño. Los parámetros principales de una optimización topológica variará en función de lo que se quiera obtener de la misma y por tanto serán algunas de las propiedades físicas del material constituyente de la pieza a fabricar; así si lo que tratamos es de maximizar la resistencia disminuyendo al máximo el peso los parámetros que guiarán el proceso serán la rigidez y la masa pero si por contra lo que queremos es maximizar la disipación de calor el proceso se regirá por los parámetros térmicos de la pieza. Asociando un material a nuestro modelo estos parámetros físicos se tendrán en cuenta en el proceso.

A través de un proceso de simulaciones iterativas por métodos de elementos finitos, el resultado es una geometría optimizada a partir de los datos introducidos.

DFAM (Design For Additive Manufacturing) es una disciplina que se ocupa de recoger directrices para la fabricación aditiva.

|Figura 1. El volúmen de diseño máximo que ocupa una pieza,  las zonas invariables y las interfaces.

Adicionalmente el usuario debe introducir en la optimización datos de las condiciones de contorno como el volumen de diseño máximo que puede ocupar la pieza, las zonas que tengan que permanecer invariables, las interfaces con el resto del sistema (ver figura 1) y las fuerzas que tendrá que soportar cuando esté en uso (ver figura 2).

|Figura 2. Zonas de la pieza que soportarán fuerzas.

Es esencial por tanto el conocimiento en detalle de las exigencias, características y entorno en el que el elemento que es objeto del estudio tendrá que funcionar, y corresponde siempre al ingeniero o diseñador interpretar la solución proveniente de la optimización y hacer una valoración acertada.

…corresponde siempre al ingeniero o diseñador interpretar la solución proveniente de la optimización y hacer una valoración acertada.

En ningún caso el resultado de una optimización topológica (figura 3) es una solución de diseño en sí misma, sino una referencia que sirve como base para un diseño posterior en un software CAD dedicado obteniendo finalmente la pieza optimizada.

El diseño clásico busca la simplicidad de formas como mecanismo para facilitar los procesos de fabricación y en ocasiones hace que las piezas no puedan tener la forma más optimizada. En muchas ocasiones, el resultado de una optimización es una geometría extremadamente compleja, con múltiples caminos que responden de la manera más optima a las condiciones de contorno que hemos establecido; intentar fabricar piezas que se ciñan a estas formas por metodologías clásicas puede suponer un reto muy complejo y costoso que mediante el uso de la fabricación aditiva se facilita y abarata enormemente ya que la geometría no es una limitación, no al menos en el grado en el que puede serlo para una pieza inyectada o mecanizada.

|Figura 3. Resultado de la optimización topológica

Aunque la optimización topológica no sea estrictamente un método nuevo, combinada con el desarrollo informático e integrada en el proceso Design for Additive Manufacturing, se convierte en una herramienta diferencial e innovadora.

Antes de optimización topológicaDespués de optimización topológica

|Antes y después de la optimización topológica de una pieza para fabricación aditiva. Fuente EDDM.

Por eso, aunque la optimización topológica no sea estrictamente un método nuevo, combinada con el desarrollo informático (potencia computacional más asequible) e integrada en el proceso DFAM se convierte en una herramienta diferencial e innovadora y que actualmente se está implementando, aunque, desde nuestro punto de vista, no siempre de la manera más adecuada.

POSTS RELACIONADOS

INGENIUS by EDDM

Ingenius es un espacio impulsado por ingenieros 4.0 para todos los entusiastas de las nuevas tecnologías aplicadas a la ingeniería y a la fabricación aditiva e impresión 3D.

SÍGUENOS EN LAS REDES SOCIALES

SUSCRÍBETE A LA NEWSLETTER

UNA PUBLICACIÓN DE EDDM

EDDM Solutions logo
EDDM Training logo
Share This