Por: Julián Chica, Ingeniero Consultor PLM en Ingeniería Asistida por Computador S.A.S.

Para quien quiera revisar la primera parte de este tema y ponerse en contexto, les comparto el vínculo a continuación con la primera parte: http://blog.acaddemia.com/manufactura-aditiva-primera-parte-aclarando-para-todos-que-es-manufactura-aditiva-y-que-procesos-pertenecen-a-la-categoria-manufactura-aditiva/

Cuando hablamos de manufactura aditiva los fabricantes de software CAD no han estado al margen de estos procesos, por el contrario, han participado activamente en el desarrollo de herramientas y funcionalidades para potenciar y ayudar a desarrollar estos procesos de manufactura.

Es una simbiosis natural, la manufactura aditiva depende del CAD y el CAD depende de la manufactura aditiva. Dicho de otra manera:

  • La única forma posible fabricar todas las formas provenientes de diseño generativo y la creación de celosías (lattices) es con tecnologías de manufactura aditiva.
  • La única forma de sacar todo el provecho de las tecnologías de manufactura aditiva es llevando a cabo procesos de optimización del diseño con herramientas CAD que permitan lograr componentes livianos o componentes que reemplacen ensambles. De esta forma justifican y hacen competitiva la producción de un componente mediante estas tecnologías.

Tener esto claro es fundamental, es el porqué del surgimiento y desarrollo de esta nueva forma de hacer manufactura y la evolución natural de la impresión 3D. Las herramientas CAD que han surgido de forma paralela y ahora complementaria son:

  • La creación de celosías (lattices)
  • Herramientas de optimización formal y diseño generativo.

Celosías (Lattices)

Las celosías o celdas estructurales como prefiero llamarlas no son para nuevas. Hace ya muchos años varios programas de impresión 3D cuentan con estas funciones. ¿Entonces qué es lo nuevo? Lo nuevo está en la inclusión de herramientas de simulación como complemento perfecto. Está inclusión permite lograr celosías que además de ahorrar material, garantizan una resistencia determinada en el componente. Recientemente algunos programas CAD han integrado esta herramienta de diseño + simulación dentro de sus flujos de trabajo y mientras otros programas más orientados a la impresión que ya contaban con la creación de celosías han integrado procesos de simulación.

Las consecuencias de esta integración “Simulación Elementos Finitos + Celosías” es gratificante: puedo diseñar la estructura justo para el material que deseo imprimir lo que conlleva a diferentes configuraciones estructurales en las celosías dependiendo del material a imprimir. Las configuraciones pueden variar en la densidad de las celosías como en el espesor de la estructura por zonas dependiendo de las áreas de mayor esfuerzo.

  • Autodesk cuenta con una herramienta de impresión 3D llamada Netfabb, que permite preparar un modelo para impresión 3D. Cuenta con una gran biblioteca de máquinas de impresión disponibles en el mercado. Esto permite crear el soporte de impresión de los componentes bien vayan a ser impresos en un polímero o en un metal. Adicionalmente como les conté anteriormente cuenta con una herramienta para generar celosías con base en diferentes estructuras por defecto. Estas estructuras pueden ser optimizadas en el módulo de Simulation Utility para Netfabb que viene con el programa.

Proceso de preparación para impresión con estructura en celosías (lattices) en Netfabb de Autodesk

  • PTC por su parte cuenta una herramienta “Lattice” agregada en Creo Parametric 4.0 y mejorada en Creo Parametric 5.0 que permite crear celosías optimizadas estructuralmente por medio de análisis por elementos finitos permitiendo obtener un modelo preciso, listo para la impresión, o mejor dicho, para la fabricación

Proceso de optimización de componente con Lattice en Creo Parametric

Optimización Formal y Diseño Generativo

El diseño generativo es mucho más reciente y una tecnología que los diferentes fabricantes de software han abordado como un reto que los ha llevado a desarrollar diferentes algoritmos de optimización. En algunos casos la optimización se hace sobre un modelo previamente modelado. En otros, las alternativas de modelado son producto de formas creadas desde cero por el algoritmo mismo.

Autodesk cuenta con dos herramientas de diseño generativo: una está incluida en Autodesk Inventor desde su versión 2017 y la otra es una aplicación llamada Generative Design.

  • Shape Generator en Autodesk Inventor: es una herramienta que permite optimizar un componente a partir de una simulación por elementos finitos. 

En esta simulación la aplicación entrega una propuesta formal donde el material a utilizar es simplificado al máximo conservando la resistencia deseada. El modelador obtiene una referencia visual sobre donde sobre volumen que no está aportando nada a la estructura del componente.

Proceso de optimización de componente en Shape Generator de Inventor

  • Generative Design de Autodesk: es una potente herramienta desarrollada por Autodesk que permite la generación de múltiples formas que dan solución a una necesidad de componente. Basta con entregar las fronteras y encargar toda la tarea de diseño al programa. La cantidad de alternativas de diseño dependen del usuario, la cantidad de tiempo y de recursos (créditos de nube) que quiera invertir. Todas las alternativas cumplen con las especificaciones requeridas. El criterio de selección final obedece a una combinación de volumen y estética del resultado final.

Alternativas de forma generadas automáticamente en Generative Design de Autodesk

PTC cuenta con una herramienta en su software CAD Creo Parametric. La solución se llama Topology Optimization.

  • Topology Optimization en Creo Parametric de PTC:

Pasos generales de optimización con Topology Optimization en Creo Parametric

Esta herramienta permite recrear una simulación de elementos finitos, en la cual se definen los volúmenes a optimizar y los volúmenes a conservar. Una ventaja relevante de esta herramienta es que el resultado se entrega como un volumen creado a partir de superficies suavizadas, permitiendo que el resultado sea de una vez un sólido que se integra con el sólido existente en el modelo.

Con esta explicación introductoria de cómo las herramientas CAD se integran completamente con la manufactura aditiva espero que nos contacten para que les contemos como con estas tecnologías puede usted mejorar su productividad. Puede preguntarnos en el teléfono +574 2656868 y/o escribiendo al correo info@iac.com.co.

Autor: Julián Chica Gómez, Ingeniero Consultor PLM Julián Chica Gómez, Ingeniero de Diseño de Producto, certificado como Instructor de Autodesk ACI y certificado MCAD Data Management in Windchill. Julián hace parte de nuestro equipo de IAC y Acaddemia en temas relacionados con CAD, CAE, CAM, PDM y PLM.

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