Los beneficios de la fabricación aditiva en la simulación

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Los beneficios de la fabricación aditiva en la simulaciónNo, el título no está desordenado. Un título más habitual sería el que se obtiene cambiando el orden de los términos, «Los Beneficios de la Simulación en la Fabricación Aditiva» ya que, posiblemente, el objetivo más representativo de la simulación es predecir las distorsiones y las tensiones residuales que se originan durante la fabricación.

Pero hoy queremos llamar la atención sobre la relación opuesta: el impulso que está recibiendo la simulación gracias a la fabricación aditiva de piezas funcionales, un impulso que da lugar a un aumento de las capacidades generales de simulación de las que pueden beneficiarse muchas aplicaciones más tradicionales y ajenas a la fabricación aditiva.

Muchas estructuras van cambiando la geometría, en ocasiones prácticamente de manera continua, durante su ejecución. Por poner ejemplos alejados de lo que entendemos por fabricación aditiva, es lo que ocurre durante la construcción de presas, para lo que se van disponiendo tongadas de hormigón que endurecen durante el fraguado; o en la construcción de túneles, que puede contemplar muchas fases constructivas eliminando y añadiendo materiales.

Las técnicas tradicionales para abordar estos problemas exigían modelos de elementos finitos ineficientes y a menudo complicados para el analista. Esta situación se ha aliviado gracias a las herramientas que se han ido desarrollando para la fabricación aditiva, que permiten una definición más sencilla (tablas de eventos) y eficiente de la activación continua de elementos en el mismo procedimiento de análisis, posibilitando incluso su activación parcial.

Muchos avances en simulación se han visto impulsados por la fabricación aditiva y es posible que otras tecnologías distintas se beneficien de los desarrollos dirigidos a fabricación aditiva tanto o más que esta misma tecnología.

La modelización de materiales es otro aspecto crítico en la fabricación aditiva, especialmente en materiales metálicos, principalmente debido a que su memoria térmica induce cambios de fase (incluyendo distintas formas de la estructura policristalina) y de porosidad que cambian drásticamente sus propiedades térmicas, mecánicas y de durabilidad. Es claro que las simulaciones de tratamientos térmicos tradicionales, y en general de escenarios con elevadas temperaturas, se benefician de estos avances.

Por otra parte, en muchos procesos de fabricación aditiva el material se incorpora a la pieza al introducir una fuente de energía móvil que, en su descripción más general, no es puntual si no que está distribuida en un cierto volumen móvil del espacio. Así, hace ya más de 30 años se propuso el modelo de Goldak para procesos de soldadura, pero no ha sido hasta ahora cuando se está popularizando su uso gracias a los desarrollos que se han llevado a cabo con la fabricación aditiva.

Finalmente, otro beneficio destacable es la reutilización de los resultados de los análisis en el programa de diseño (CAD), y más específicamente en relación a la reconstrucción de la geometría como resultado de un proceso de optimización topológica. El resultado de este proceso es una geometría teselada, y la vuelta a su representación parametrizada en el programa de diseño es tradicionalmente manual.

La fabricación aditiva está especialmente interesada en la optimización topológica, ya que se eliminan muchas de las restricciones al espacio de diseño de otros procedimientos de fabricación. Esto ha llevado a herramientas automáticas o semiautomáticas para generar la geometría CAD, de las que también se beneficia cualquier desarrollo de producto que incluya la optimización.

Por otra parte, han aparecido herramientas que permiten corregir automáticamente las distorsiones obtenidas como resultado de la simulación modificando la geometría original.

Todos estos avances se han visto impulsados por la fabricación aditiva y es posible que otras tecnologías distintas se beneficien de los desarrollos dirigidos a fabricación aditiva tanto o más que esta misma tecnología. Y por tanto, es difícil estar al día de las capacidades generales disponibles en simulación ignorando lo que se está desarrollando para fabricación aditiva.


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