Tecnología

El flujo digital de la fabricación aditiva

Flujo digital

El flujo digital (digital workflow) de la fabricación aditiva o flujo de la información hasta que se realiza la impresión de la pieza es de vital importancia en la calidad de la misma. Una vez realizadas todas las conversiones debe comprobarse que el resultado del proceso es válido (cualificación) y mantener y controlar que siempre se realiza bajo los mismos parámetros mantenidos en un rango controlado y validado. ¿Quieres saber cómo? ¡Sigue leyendo!

Obtención del modelo

De forma práctica, se parte de un archivo con el modelo 3D (CAD), que puede proceder tanto de una pieza diseñada por ordenador, como de una pieza sin plano original que haya sido escaneada, o como resultado de un rediseño por ingeniería inversa.

Las tecnologías de impresión 3D permiten guardar un inventario virtual de piezas que solo ocupa espacio en un servidor, o en la nube, permitiendo fabricar en cada momento lo que sea necesario. Por tanto, todo un inventario se puede almacenar en forma digital, reduciendo espacio en almacenes físicos y consecuentemente, importantes costes de inventario y logística.

Optimización, diseño generativo, estructuras lattice

Dado que se parte de un modelo 3D, es posible la fabricación de nuevas piezas de alta complejidad imposibles de fabricar hasta ahora con las técnicas tradicionales.

Por otro lado, la posibilidad de fabricación de piezas complejas da salida a la posibilidad de diseños obtenidos por optimización topológica, esto es, piezas cuya geometría se ha diseñado de acuerdo con un objetivo (normalmente minimizando la masa) que dada sus complejidades suelen ser difíciles de fabricar por técnicas tradicionales.

Diagrama de obtención de un modelo 3D
Diagrama de obtención de un modelo 3D

Existen diferentes técnicas y herramientas para maximizar el impacto en el diseño para fabricación aditiva (optimización topológica, estructuras lattice, diseño generativo, etc). 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.

Pieza rediseñada para mejorar la eficiencia
Pieza rediseñada para mejorar la eficiencia. (Crédito: Aidro)

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 las aplicaciones más interesantes 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.

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