En nuestro último post te descubríamos los dos primeros tips para abordar el diseño en la fabricación aditiva. ¿Quieres conocer cuáles son los siguientes? ¡Sigue leyendo!
3. Maximizar beneficio usando técnicas específicas
Existen diferentes técnicas y herramientas para maximizar el impacto en el diseño para fabricación aditiva (optimización topológica, estructuras lattice, diseño generativo, etc). En mi opinión, una de las técnicas más importantes es la optimización multifuncional, o también llamada multifísica. En algunos casos se corresponderá con la optimización topológica – o en masa – cuando lo que se busque aligerar sea el peso. Pero en otros casos, el objetivo buscado puede ser optimizar la transmisión de calor, o mejorar el flujo en conductos según unos caminos o canales determinados, o conseguir una respuesta determinada en frecuencia en un reflector o en una antena… En esos casos la función objetivo a optimizar será otra, diferente de la masa, o será una combinación de varias. Las aplicaciones son numerosas y es importante tener las herramientas adecuadas.
Otra de las técnicas interesantes es el uso de estructuras reticulares, tipo ‘lattice’. Resultan de gran utilidad no solo para aligerar y modificar la densidad de una pieza, sino incluso para modificar localmente el comportamiento de un componente, aportando propiedades al sólido diferentes de las del material con el que se fabrica.
Un aspecto importante de la fabricación aditiva que debemos tener muy en cuenta en la fase de diseño es que, en algunos procesos, como en fabricación aditiva en metal o en procesado por FDM de ciertos plásticos de alta temperatura de fusión, los gradientes térmicos que se generan y los procesos de calentamiento y enfriamiento pueden producir importantes distorsiones en las piezas o introducir fuertes tensiones residuales que influyan en su comportamiento final o afloren como microgrietas u otros defectos. En estos casos, es fundamental integrar la simulación del proceso de fabricación en la fase de diseño para predecir estos efectos y adaptar el diseño del conjunto “pieza + soportes” para garantizar que se comporten como se espera y disminuir el riesgo de aparición de defectología en la pieza final. La simulación sirve también para establecer los parámetros del proceso que proporcionen una óptima solución de compromiso en calidad y productividad. La alternativa a este proceso es un aprendizaje a base de prueba y error, y eso es inviable para procesos de alto valor añadido o materias primas de coste elevado.
Podemos beneficiarnos de la flexibilidad en el diseño para fabricación aditiva para mejorar el rendimiento final de nuestras piezas. En este punto hay múltiples ejemplos y una literatura extensísima, aunque una de mis aplicaciones favoritas tiene que ver con la optimización combinada de varias funcionalidades. Por ejemplo, en el rediseño de un bloque de sistema hidráulico para fabricarlo mediante fabricación aditiva, se pueden diseñar los canales internos para optimizar el flujo del fluido, de manera que mejore la eficiencia y se requieran bombas de menor potencia. Además, también se puede disminuir sustancialmente el peso y el volumen del conjunto, y esa reducción de peso permite utilizar un material de coste algo superior, pero con mayor resistencia a la corrosión, por lo que la durabilidad, fiabilidad y mantenimiento del conjunto se ve favorecido. Otro ejemplo interesante es el diseño de moldes para inyección o para el curado de piezas de material compuesto. Se pueden integrar canales de refrigeración internos con las geometrías adecuadas para optimizar el flujo de calor, pero a su vez se puede diseñar la estructura interna o la estructura soporte del molde para compensar su dilatación o contracción de manera que no afecte a la geometría de la pieza. Esto supone una alternativa muy económica e interesante a la solución actual de moldes metálicos mecanizados.
4. La fabricación aditiva es solo una parte
En definitiva, es muy importante abordar la tarea de diseño con un análisis previo todos los aspectos relevantes: aquellos relacionados con el diseño en sí, los relacionados con las condiciones de servicio, la posible integración de subconjuntos y condiciones de montaje, y contemplar las distintas alternativas de tecnologías de fabricación y las necesidades en la puesta en producción.
Sin embargo, desde el primer momento en el que se aborda la tarea de desarrollo de un producto, es necesario comparar con todas las alternativas de fabricación convencional para definir la estrategia más adecuada, desde las técnicas de diseño y análisis a emplear hasta la tecnología de fabricación hacia la que enfocaremos nuestra solución. En muchos casos, la fabricación aditiva no será la opción más adecuada por criterios de productividad, disponibilidad de material o tecnología o costes de oportunidad, pero en aquellos casos en los que sí tenga cabida, aportará numerosos beneficios adicionales a la flexibilidad en el diseño, como son la posibilidad de personalización, de fabricación a demanda, de nuevos modelos de co-creación o fabricación distribuida y ahorros en costes de almacenamiento y logística que revertirán en una mayor sostenibilidad del ecosistema productivo.
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