¿Qué es DfAM y cómo está cambiando la fabricación?

Uno de los aspectos más emocionantes y prometedores de las tecnologías de fabricación aditiva (FA) es su potencial para alterar radicalmente los principios de diseño para la fabricación. A medida que la impresión 3D evoluciona y pasa de ser un prototipo estricto al proceso de producción, muchos creen que marcará el comienzo de un nuevo paradigma para un diseño que no está atado a las restricciones de diseño asociadas con los procesos de fabricación más tradicionales.

Si lo piensas, tiene todo el sentido. Hoy en día, los procesos de fabricación más ampliamente adoptados se basan en métodos sustractivos, lo que significa que cortan o eliminan capas de un bloque de materia prima. Este enfoque, aunque preciso y efectivo para muchas aplicaciones, viene con varias limitaciones de diseño en términos de piezas huecas o de estructura compleja con ciertos ángulos y voladizos. El moldeo por inyección, aunque en sí mismo no es una técnica sustractiva, se basa en gran medida en métodos sustractivos para producir moldes, lo que significa que sus diseños todavía están limitados a lo que son capaces de hacer los procesos sustractivos, como el mecanizado CNC.

Como aditivo enfoque, la impresión 3D construye objetos capa por capa, lo que significa que es capaz de construir estructuras y geometrías internas complejas siempre que sean compatibles. Para abordar estas nuevas oportunidades de diseño, se creó el concepto de Diseño para fabricación aditiva, más conocido como DfAM. En esencia, DfAM consta de una serie de métodos de diseño que abordan el rendimiento, la capacidad de fabricación y el costo de las piezas para las tecnologías AM. Aunque todavía están en sus inicios, las herramientas DfAM ya están creando posibilidades únicas en términos de diseño optimizado de piezas, estructuras livianas y reducción de materiales.

¿Qué aporta DfAM a la mesa?

Si observamos los beneficios específicos de DfAM, podemos señalar tres áreas clave en las que las herramientas de diseño centradas en AM podrían tener un mayor impacto:libertad de diseño, consolidación de piezas y ligereza.

• Libertad de diseño

Cuando hablamos de impresión 3D, la libertad de diseño siempre está en lo más alto de la lista por sus beneficios. Y, de hecho, es una de las cosas nuevas más significativas que la tecnología trae a la mesa. En un nivel básico, DfAM existe desde hace un tiempo, lo que permite a los creadores y fabricantes integrar varias tasas de relleno y estructuras para acelerar el proceso de impresión y reducir el material.

Sin embargo, los beneficios reales de DfAM combinan estas dos cosas y agregan un rendimiento optimizado a la mezcla. La capacidad de diseñar o generar piezas con geometrías internas complejas, interiores ahuecados y celosías está cambiando las reglas del juego en la industria manufacturera. También externamente, DfAM hace posible la creación de piezas o productos con formas completamente nuevas, que serían imposibles de producir utilizando procesos de fabricación tradicionales.

• Consolidación de piezas

Los fabricantes de las industrias aeroespacial y automotriz, por nombrar solo un par, están cosechando los beneficios de la fabricación aditiva en lo que respecta a la consolidación de piezas. En resumen, las capacidades de producción de la fabricación aditiva junto con DfAM permiten a los productores rediseñar ensamblajes de piezas de formas innovadoras, combinando múltiples componentes en una sola pieza.

Podría decirse que uno de los ejemplos más famosos de consolidación de piezas proviene de la startup aeroespacial Relativity Space, que aprovechó la impresión 3D y DfAM para consolidar un ensamblaje de motor de cohete de aproximadamente 100 000 piezas a solo 1000. Gracias a la impresión 3D y la consolidación de piezas, los motores de cohetes de Relativity se han vuelto dramáticamente más baratos y rápidos de producir.

• Aligeramiento

Como consecuencia de la libertad de diseño y la consolidación de piezas, los fabricantes están encontrando nuevas formas de lograr los objetivos de diseño, como la reducción del peso de las piezas. A medida que avanza el software DfAM, los diseños de piezas pueden incluso generarse en función de los requisitos de rendimiento, lo que significa que los componentes pueden beneficiarse del peso más ligero posible sin comprometer la resistencia o la integridad estructural.

La capacidad de diseñar piezas más ligeras, ya sea integrando geometrías internas parcialmente huecas, como celosías, o consolidando varias piezas en una sola, o creando estructuras completamente nuevas, es fundamental para crear máquinas más eficientes. En vehículos o aeronaves, por ejemplo, la reducción de peso conduce a una mejor eficiencia de combustible. Reducir el peso del material también puede conducir a menores costos de material, lo que hace que la producción sea más económica.

El estado de DfAM hoy

Hoy, estamos viendo una afluencia en las soluciones de software DfAM, que abarcan el diseño generativo, la optimización de topología y otras características de diseño inteligente. Los desarrolladores de software como topología, parámetros, Autodesk, Altair y otros están creando herramientas innovadoras que permiten a los fabricantes no solo agilizar el diseño de piezas (aumentando la automatización a través del diseño generativo y capacidades de simulación), sino también explotar los verdaderos beneficios de la fabricación aditiva en el etapa de diseño.

En esta etapa, los fabricantes solo están comenzando a aprovechar los beneficios de AM y DfAM, ya que es un terreno nuevo en el sector industrial. Afortunadamente, hay muchos expertos en fabricación aditiva y servicios profesionales, como RapidDirect, que pueden ayudar a las empresas en su proceso de adopción de la fabricación aditiva a través de la exploración de DfAM.

Hoy en día, estamos viendo un número cada vez mayor de historias de éxito que involucran a empresas que reingenieron piezas que originalmente se fabricaron utilizando procesos tradicionales utilizando DfAM e impresión 3D. En el futuro, el software DfAM y la fabricación aditiva seguirán siendo cada vez más adoptados.