Español Ingls Contacte con un experto

Diseño > Diseño para fabricación aditiva - DfAM

Diseño para fabricación aditiva - DfAM

Muchas industrias enfocan la fabricación aditiva como un sustituto directo de las tecnologías de fabricación convencionales. Sin embargo, este enfoque no aprovecha plenamente las posibilidades únicas que ofrecen los procesos aditivos. Por ejemplo, un componente de producción diseñado para el mecanizado con control numérico por ordenador (CNC) de 3 ejes que se fabrica mediante procesos aditivos será, por lo general, más caro de producir con tecnologías aditivas. Además, las piezas generadas mediante impresión 3D pueden seguir necesitando operaciones de post-proceso basadas en el mecanizado convencional para cumplir las especificaciones de calidad de superficie y tolerancia de ingeniería. Así pues, la FA debe considerarse una forma complementaria de fabricación que permite generar nuevos productos o formas de productos. En general, sólo debe considerarse una tecnología de producción viable si el valor que añade al producto es lo suficientemente alto para contrarrestar los costes de producción.

No se pueden utilizar las mismas pautas para diseñar piezas que se fabricarán por tecnologías tradicionales y para piezas que se fabricarán por FA. Es ahí donde aparece el concepto de Diseño para Fabricación Aditiva – DfAM (Design for Additive Manufacturing). DfAM podría definirse como una metodología que maximiza las prestaciones del producto, a través de la síntesis de las formas, los tamaños, las estructuras jerárquicas y las composiciones del material, sujetos a las capacidades de las tecnologías de fabricación aditiva.

Las características de estas tecnologías implican un cambio en el modo de diseñar los productos. Los diseñadores deben tener en cuenta todos los detalles de las tecnologías para hacer un diseño correcto de la pieza. Este hecho es mucho más relevante cuando se producen piezas finales en las que además del propio proceso de fabricación suelen aplicarse postprocesos para el acabado definitivo de la pieza.

Estrategia de diseño para DfAM

  • Establecimiento de las especificaciones del producto como es la geometría de partida y el pliego de condiciones.
  • Selección del material y la tecnología aditiva.

    • En función del material y de la tecnología existen unas limitaciones y condiciones geometrías que se deben cumplir para evitar la colocación de soportes. Estos criterios de diseño dependen del material y de la tecnología aditiva que se utiliza para su procesado y contiene aspectos como son voladizos que se pueden fabricar sin soporte, voladizos biapoyados, planos inclinados, espesores mínimos, etc…

    desc
    Figura 1. (a) Superficie en voladizo no soportada para diferentes inclinaciones [Referencia: 3Dnatives]; (b) Zonas en voladizo quemadas por exceso de energía térmica no evacuada [Referencia: CATEC].
  • Establecimiento de la orientación de la fabricación para garantizar los siguientes aspectos:

    • Mínimo material necesario.

    desc
    Figura 2. Rediseño de una pieza reduciendo el material

    Máxima Compactación y máxima apilabilidad.
    Cuantas más piezas se fabriquen en una bandeja de fabricación menor es el coste por pieza.

    desc
    Figura 3. Ejemplo de diseño de una bandeja de fabricación apilando piezas (Fuente: AIDIMME y Valver Speed Air)

    Mínimo soporte.

    Facilitar postprocesos para la limpieza y el acabado de las piezas reduciendo las tareas de mecanizado.

    Facilitar el control de calidad, teniendo en cuenta las características de los medios que se utilizaran para el control de calidad.

  • Estudio orientativo de costes / productividad.

    • Métodos para optimizar los diseños.

    • CAD convencional. Mediante un software CAD, el diseñador tiene en cuenta las limitaciones del proceso productivo (dependerá de la tecnología y materiales seleccionados). La reducción de material puede ser mayor porque se toman decisiones de diseño desde la raíz.
    • Optimización topológica. Método (modelos algorítmicos) para la organización de material dentro de un espacio definido para un conjunto dado de cargas a las que trabaja una pieza, condiciones y limitaciones. El software automáticamente recoloca el material en zonas donde éste trabaja. El software propone una geometría en base a las condiciones de contorno y las limitaciones establecidas. Generalmente es necesario suavizar la geometría propuesta y suavizar la superficie. Los diseños optimizados topológicamente a menudo incluyen formas libres difíciles de fabricar con métodos de fabricación tradicionales siendo la fabricación aditiva una alternativa para la obtención de estos diseños. Estos son algunos de los softwares de optimización topológica: 3DXpert de 3DSystems, Altair Inspire, Ansys Discovery, CogniCAD, Creo Generative Topology Optimization, Netfabb, Ntopology, Siemens, Tosca de Dassault Systèmes, Autodesk Fusion 360, etc..
      • desc
      Figura 4. Ejemplo diseño optimizado de un soporte optimizado con Altair Inspire (Fuente AIDIMME)
    • Diseño generativo. Es un proceso iterativo (basado en inteligencia artificial y aprendizaje automático) que genera múltiples salidas de diseño cumpliendo con las restricciones predefinidas para imitar el enfoque evolutivo del diseño de la naturaleza, es decir explora todas las combinaciones posibles para llegar a todas las soluciones posibles. Este software ofrece una matriz de opciones en base a los criterios mínimos establecidos por el usuario. El diseñador pondera los aspectos que tienen mas pesos para filtrar los resultados que se ofrecen. Algunos software que disponen de diseño generativo son Hexagon, Ansys , Autodesk, Dassault systemes, etc…
      Diferencias entre optimización topológica y diseño generativo:
      • La optimización topológica se centra en mejorar un diseño preexistente, En cambio, el diseño generativo crea nuevas posibilidades de diseño.
      • El diseño generativo tiene en cuenta el propio proceso de fabricación, especificándolo en el software.
        • desc
        Figura 5. Ejemplo diseño generativo (Fuente Budinoff, Hannah & Shafae, Mohammed (2022)
        desc
        Figura 5. Ejemplo diseño generativo (Fuente Budinoff, Hannah & Shafae, Mohammed (2022)

Referencias: