6 razones por las que debe considerar el diseño para la fabricación aditiva

A medida que la fabricación aditiva evoluciona, la optimización de los diseños de la tecnología se vuelve cada vez más importante para desbloquear todo el potencial de la tecnología.

Las geometrías complejas, los componentes ligeros y la distribución optimizada del material son solo algunas de las ventajas que ofertas de fabricación aditiva. Sin embargo, tal libertad y complejidad de diseño tienen el costo de repensar la forma en que los objetos están diseñados para la fabricación aditiva.

El desafío que enfrentan muchos ingenieros es adoptar un enfoque completamente nuevo para diseñar para la fabricación aditiva. La aplicación de métodos tradicionales (sustractivos) a la fabricación aditiva es intrínsecamente impráctico, ya que los requisitos y consideraciones de ambos son muy diferentes. Por lo tanto, comprender las consideraciones y limitaciones de la FA, como las estructuras de soporte, el posprocesamiento y una variedad de nuevos materiales, será clave para implementar con éxito la tecnología.

Entonces, ¿qué puede lograr al hacer el diseño ¿Para la fabricación aditiva un elemento central de su estrategia de AM?

1. Crea piezas con mayor complejidad

La fabricación aditiva puede superar las limitaciones de los métodos de fabricación tradicionales para crear piezas altamente complejas con una funcionalidad mejorada.

Un ejemplo es la fabricación tradicional de moldes de inyección:aquí, los canales de enfriamiento son típicamente rectos, lo que lleva a un proceso más lento y enfriamiento menos consistente de una pieza moldeada. Por el contrario, con la impresión 3D, los canales de enfriamiento se pueden rediseñar para crear formas más complejas o curvas, proporcionando una transferencia de calor más homogénea. Esto da como resultado características de enfriamiento mejoradas, lo que ayuda a producir piezas de mayor calidad al tiempo que prolonga la vida útil de un molde.

2. Desperdicio mínimo de material

Con las nuevas posibilidades de diseño que ofrece la impresión 3D, los ingenieros pueden producir piezas livianas en parte optimizando la distribución del material, lo que lleva a ahorros sustanciales de material.

Esto se puede lograr en parte gracias a software avanzado como optimización de topología y herramientas como diseño generativo y estructuras de celosía. Basándose en cálculos matemáticos, la optimización de la topología puede ayudar a analizar la mejor forma de una pieza y eliminar el material innecesario sin comprometer la integridad estructural de la pieza. Usando métodos tradicionales (sustractivos), este material simplemente se cortaría

Junto con la impresión 3D, el diseño generativo y el software de optimización de topología ya son utilizados por gigantes industriales como Siemens y General Motors. Mientras que Siemens utilizó software de diseño generativo para desarrollar sus álabes de turbina de gas impresos en 3D, General Motors tiene como objetivo reducir el peso de un vehículo mediante la exploración de varias opciones para la distribución de materiales dentro de un componente.

3. Montaje simplificado

La consolidación de piezas es otro beneficio de diseño revolucionario de la fabricación aditiva. Con la fabricación tradicional, se deben producir varios componentes y luego ensamblarlos para crear la pieza final.

Sin embargo, con la impresión 3D, varios componentes más pequeños se pueden integrar en una sola pieza personalizada durante la etapa de diseño, lo que permite que imprima la pieza completa a la vez. Esto simplifica significativamente el proceso de ensamblaje e incluso puede eliminar la necesidad de ensamblar en ocasiones. Además de esto, una pieza consolidada elimina la necesidad de adquirir y almacenar subcomponentes o piezas de repuesto adicionales, lo que finalmente reduce los costos de inventario y mantenimiento.

4. Innovación material

Los avances en la investigación de materiales han llevado al emocionante desarrollo de nuevos materiales. En consecuencia, se han desarrollado materiales de impresión 3D únicos que serían difíciles de mecanizar o moldear, como los filamentos de TPU y los polvos de superaleaciones metálicas). O tomemos, por ejemplo, la impresión 3D con termoplásticos de alto rendimiento, desarrollada específicamente para aplicaciones de ingeniería. En algunos casos, estos materiales de alto rendimiento pueden incluso sustituir las piezas metálicas, proporcionando una alternativa ligera y económica.

Por lo tanto, al diseñar una pieza para impresión 3D, los ingenieros pueden explorar nuevas opciones que ofrezcan mejores resultados. propiedades del material, como conductividad térmica o maleabilidad. Además de esto, la impresión 3D brinda la oportunidad de diseñar piezas con propiedades de múltiples materiales (por ejemplo, rigidez y flexibilidad) o propiedades aislantes y conductoras integradas.

5. Personalización rentable

La impresión 3D permite iteraciones de diseño múltiples y rápidas sin costo adicional, llevando las posibilidades de personalización a nuevas alturas. Y como la fabricación aditiva crea piezas directamente a partir de archivos digitales, el proceso de fabricación se acelera significativamente. Esto significa que las empresas pueden producir productos personalizados de forma mucho más rápida y rentable.

Los diseños personalizados permitirán la personalización masiva en todas las industrias, desde bienes de consumo hasta médicos y automotrices. Por ejemplo, en la industria médica, la personalización masiva ya se está revelando en los dispositivos impresos en 3D, adaptados a las necesidades del paciente. Dichos dispositivos van desde aparatos ortopédicos y prótesis individualizados hasta guías quirúrgicas y audífonos, diseñados para adaptarse perfectamente a la anatomía del paciente.

6. Estructuras de soporte mínimas

La orientación de las piezas es uno de los beneficios clave al diseñar para la fabricación aditiva. La elección de la orientación correcta de la pieza durante la etapa de diseño puede reducir el tiempo de impresión y posprocesamiento al tiempo que minimiza la necesidad de soportes. A pesar de que las estructuras de soporte son prácticamente una necesidad para muchas piezas complejas impresas en 3D, es ideal diseñar piezas con la menor cantidad de soportes posible, ya que esto facilitará el posprocesamiento, ahorrándole tiempo y material.

Si bien no existe una solución única para todos cuando se trata de minimizar la cantidad de soportes utilizados, con un diseño cuidadoso, una pieza a menudo se puede orientar y optimizar para que se lleve por sí misma utilizando una cantidad mínima de soporte. estructuras, lo que ahorra tiempo de posprocesamiento.

De cara al futuro, a medida que las tendencias de automatización se arraiguen en la industria de AM, la orientación de las piezas, así como los soportes, podrían generarse automáticamente con una nueva generación de software de AM.

El futuro

Actualmente, cuando se enfrentan a AM, muchos diseñadores e ingenieros están limitados por las convenciones de la fabricación tradicional. . Sin embargo, el desarrollo de nuevos enfoques para la FA será crucial a medida que la tecnología madure hasta convertirse en una solución industrial sólida.

Por esta razón, será vital que las universidades, las instituciones de investigación y las propias empresas desarrollen nuevos programas educativos para apoyo a la formación para DfAM. Ya se está haciendo mucho en este ámbito; por ejemplo, la Universidad de Loughborough ha lanzado su programa de maestría para la fabricación aditiva, mientras que existe una variedad de programas y cursos para aquellos que buscan profundizar sus conocimientos.

A medida que más universidades ofrecen títulos en fabricación aditiva, la próxima generación de profesionales de AM podrá forjar nuevas tendencias en la industria de AM, particularmente en el área de digitalización y automatización.

De cara al futuro, anticipamos que gran parte del diseño para el proceso de fabricación aditiva ser automatizado, desde la optimización del diseño, la validación y la simulación de procesos hasta los soportes y estructuras de celosía generados automáticamente.

En última instancia, dominar las consideraciones de diseño para AM realmente liberará su verdadero potencial, permitiendo que la tecnología reescriba las reglas para desarrollo de productos.

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