Solución al diseño de productos con materiales múltiples y estructura graduada

El diseño de estructuras graduadas

Redacción PU25/04/2008

25 de abril 2008

El proyecto europeo multimillonario Custom Fit ha encontrado la solución al diseño de productos con materiales múltiples y estructura graduada. Uno de los objetivos de Custom-Fit es fabricar productos con materiales graduados en un único proceso de fabricación. Para facilitar esto ha desarrollado una nueva filosofía de diseño y una verificación de diseños de productos con estructuras graduadas.

Generalmente los sistemas comerciales de diseño asistido por ordenador (CAD) se utilizan para diseñar la geometría de un objeto y no son capaces de describir la composición de materiales del mismo. El proyecto Custom-Fit ha reunido expertos de toda Europa para que desarrollen tres sistemas de diseño para representar productos con estructura graduada. TNO, de los Países Bajos, Fraunhofer-IFAM, de Alemania, y Materialise, de Bélgica, son tres de los miembros del proyecto Custom-Fit. Cada uno de ellos ha definido un método para describir el diseño estructural de un producto basado en una filosofía diferente. Los tres programas de software son: InnerSpace, de TNO; optimización de la topología multifase (Multi Phase Topology Optimisation), de IFAM; y un método de representación FEA, de Materialise. Estos programas ofrecen la posibilidad de definir la proporción y la distribución de materiales dentro de un objeto.
La persona que dirige el desarrollo de software en el proyecto, Lieve Boeykens, de Materialise, afirma que estos programas son únicos. “Son productos muy fuertes. Quizá sean más ligeros en términos de tamaño de datos, pero son capaces de definir la estructura graduada y depositar el material de forma adecuada. No sólo nuestros socios en el proyecto se beneficiarán de estos desarrollos, sino que con el tiempo otros participantes del mercado podrán utilizar el mismo software también”, declara.
El campo del diseño de material graduado es un mercado emergente y hay muchas nuevas oportunidades. Custom-Fit utiliza el software para diseñar una gama de productos entre los que se incluyen implantes, prótesis, cascos y asientos. La disponibilidad del software para diseñar estructuras graduadas abre la posibilidad de diseñar productos con una estructura mecánica mejor. El siguiente paso sería tener la posibilidad de fabricar dichos productos. En estos momentos el proyecto está trabajando en conectar este software con máquinas de fabricación aditiva y de esta manera realizar la impresión de productos con estructura graduada.

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Modelos para diversos tipos de producto

Cada uno de los tres programas tiene una potencia diferente y es apropiado para realizar modelos de un tipo distinto de productos.
  • InnerSpace, de TNO, permite al diseñador definir las distribuciones de las propiedades del material y también el perfil de distribución. El software utiliza el archivo STL como archivo de origen y el modelo STL define el límite exterior del objeto. Puede definir la distribución de material de un objeto entero o de solamente parte del objeto en cualquier posición. Los archivos de datos de InnerSpace son muy pequeños y por tanto fáciles de transferir.
  • La optimización de la topología multifase (Multi Phase Topology Optimisation, MPTO), de IFAM, es una técnica de simulación numérica basada en el método de elemento finito. Es capaz de determinar la distribución óptima de dos o más materiales diferentes en componentes sometidos a cargas térmicas y mecánicas. Encuentra una distribución espacial óptima de varios materiales diferentes con el fin de alcanzar la mayor rigidez.
  • Materialise utiliza el método FEA para definir un modelo geométrico que consiste en un gran número de pequeños elementos volumétricos a escala. También permite al diseñador definir la colocación de material dentro del objeto.

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