En muchos de los diseños el peso es uno de los factores más importantes. Reducir el peso puede ser una ventaja respecto a la competencia. Los estudios de Optimización Topológica permiten disminuir el peso de un componente sin reducir su funcionalidad y siempre dentro del cumplimiento de los requisitos mecánicos. La forma de los diseños dejará de ser paramétrica para tener como resultado formatos difíciles de fabricar mediante métodos convencionales. En estos casos la fabricación aditiva se adaptará perfectamente a la nueva forma.
Mediante otros métodos de fabricación, cuanto más material se elimine mayor será el coste. Sin embargo, con la fabricación aditiva cuanto menos material se necesite más económico resulta. Esto se debe a que se dispone de menos tiempo de fabricación y, por tanto, se requerirá menos material.

Optimización Topológica e Impresión Aditiva: aliados para la innovación

Optimización Topológica

Dentro de SOLIDWORKS Simulation Professional está disponible el estudio de optimización topológica que permite mejorar la forma del diseño, basándose en una pieza ya diseñada previamente y los solicitaciones de trabajo (carga aplicación, sujeción, material…).

Este estudio no sólo permite modificar las condiciones de contorno, sino que también posibilita definir limitaciones a la hora de eliminar material como simetría, zonas a conservar, dirección de desmoldeo, … Además, permite definir los objetivos del estudio, reducir la masa, minimizar el desplazamiento máximo y dar mayor rigidez al cociente de peso.

En este ejemplo en concreto, se definirá un porcentaje de mejora. La pieza original tendrá un peso de 343 gramos, usando aluminio 1060, y se va a establecer un objetivo de una reducción de masa de un 50%.

Optimización Topológica e Impresión Aditiva: aliados para la innovación

En nuestro caso hemos definido varios casos de carga como, por ejemplo, fuerzas laterales, verticales, combinación de ambos, entre otros… En cuanto a los controles de fabricación aplicados, son los siguientes: simetría y región conservada sobre los orificios. Esto hará que la pieza resultante sea simétrica y que todos los taladros permanezcan tras la optimización.

Optimización Topológica e Impresión Aditiva: aliados para la innovación

El objetivo de este estudio es la reducción de masa de un 50%. Hemos iniciado el estudio con una pieza de 343 gramos y el resultado obtenido ha sido de aproximadamente 175 gramos.

Optimización Topológica e Impresión Aditiva: aliados para la innovación

El objetivo de reducir la masa un 50% se ha cumplido, pero puede resultar una disminución agresiva. Este valor se podrá ajustar si se considera oportuno. Es decir, es posible modificar el peso deseado manipulando el control deslizable, con la finalidad de conseguir un diseño más o menos conservador.

Si quieres conocer más en detalle cómo realizar una optimización topológica puedes acceder a nuestro artículo.

Impresión Aditiva

Una vez se haya diseñado y optimizado el diseño, el siguiente paso es fabricarlo. El modelo de nuestro ejemplo tiene bastantes curvas, lo que hace que la fabricación aditiva sea la que mejor se adapte a esta forma dando unos costes más competitivos.
Si se elige la opción de fabricar mediante tecnología aditiva será necesario laminar e imprimir el modelo. Para ello se pueden emplear diferentes herramientas, en este caso vamos a utilizar Ultimaker Cura. Y se tendrá que definir nuestras condiciones de impresión: material, relleno, velocidad, patrón, altura de capa,… y segmentar.

En este caso, sólo se va a fabricar un prototipo con un material sin altas prestaciones mecánicas (PLA). Las zonas que están en voladizo o en puente necesitarán material de soporte, esto se puede ver en la imagen en color azul. En este caso hemos elegido el soporte en árbol que es muy fácil de eliminar y no suele apoyarse sobre la pieza (no dejando restos).

Otra ventaja de la impresión aditiva es que no se necesita crear modelos macizos, algo beneficioso para ganar tiempo de fabricación o para aligerar peso. En este caso, al ser un prototipo se ha utilizado un 20% de relleno y una estructura triangular.

SOLIDWORKS Simulation

Finalmente, este es el resultado de nuestra impresión antes de retirar el material de soporte.

Más información

En definitiva, los estudios topológicos permiten obtener diseños optimizados, más ligeros y con menos desplazamientos. En este ejemplo en concreto ha permitido obtener una nueva topología con una reducción de hasta un 50% en peso.
Mediante la tecnología aditiva se ha podido fabricar la pieza, ajustándose a toda la forma de la pieza sin necesidad de añadir operaciones que aumenten el coste de fabricación. De hecho, la reducción de peso reduce el coste de fabricación de la pieza (reducción de material de aportación, reducción de tiempo de trabajo, …).
Por esta razón, consideramos que la optimización topológica y la tecnología aditiva son dos aliados de cara la mejora del diseño, haciendo referencia tanto en rendimiento como en coste.
El año pasado en el Innovation Day de SOLIDWORKS presentamos un ejemplo donde mostraban las ventajas de aunar los estudios topológicos de SOLIDWORKS Simulation y la fabricación aditiva mediante la optimización de los trucks de nuestro Penny Board. A continuación, te lo mostramos:

Si tienes cualquier consulta, no dudéis en contactar con nosotros.

Ingeniero Técnico de Soporte | 653 117 595 | jmpavon@origencadcam.es | + posts

CSWE. Técnico de soporte y formador de SOLIDWORKS en ORIGEN. Ingeniero Industrial por la Universidad de Sevilla. Melómano, ¡nunca salgo de casa sin mis auriculares!