Maximizando la eficiencia CAD en fabricación aditiva

Las fases principales en la fabricación aditiva son el diseño y el proceso de manufactura. Prácticamente, el trabajo de diseño se realiza en una suite de diseño asistido por computadora (CAD) como SolidWorks (entre otras), mientras que la fase de producción física —es decir, la impresión 3D— se facilita exportando el archivo CAD (p. ej., SLDPRT) a STL, formato legible por impresoras 3D con visor 3D XML.

Sin embargo, existen varios pasos importantes en ambas fases del proceso de fabricación aditiva.

Para equipos de ingeniería y fabricantes por igual, la productividad dependerá de la eficacia de sus herramientas de diseño, ya sea la calidad de sus suites CAD o su capacidad para interoperar con partes que usan suites CAD distintas. Por ejemplo, el tiempo dedicado a la reparación de archivos y a sortear los problemas técnicos de ciertos formatos (como STL) se suma al tiempo de comercialización (time-to-market).

En este artículo examinamos estos factores en el ciclo de vida de la fabricación aditiva y destacamos cómo los desarrolladores de aplicaciones y fabricantes de impresoras 3D pueden posicionar sus productos como soluciones.

¿Qué es CAD?

Tanto en fabricación aditiva como sustractiva, el proceso de diseño de casi todos los productos comienza en CAD. SolidWorks es una de las suites CAD más populares del mercado; se usa para diseñar un producto —ya sea como colección de piezas individuales o como un sistema completo— y para probar y calificar sus atributos de diseño antes de la manufactura.

¿Qué es STL?

STL (acrónimo de STereoLithography o Standard Tessellation Language) se lanzó en 1987 para permitir que impresoras 3D de estereolitografía leyeran archivos CAD. Al igual que IGES, STL goza hoy de amplio uso en la industria de impresión 3D, especialmente como medio para que equipos con distintas suites CAD interoperen fácilmente como parte de un proyecto de desarrollo de producto más amplio.

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Entendiendo el flujo de trabajo de ingeniería

Diseño

El flujo de trabajo de ingeniería y desarrollo de producto comienza en una suite CAD. Hoy, los usuarios de CAD pueden aprovechar una variedad de herramientas para diseñar objetos no solo en 3D, sino con la capacidad de incorporar gran cantidad de detalles como color, textura y otros elementos de diseño.

De hecho, SolidWorks también ofrece herramientas especializadas para incorporar chapa metálica, moldes, uniones soldadas y superficies en su trabajo de diseño central. En otras palabras, el archivo de diseño CAD podría reflejar efectivamente el producto real previsto con total fidelidad.

SolidWorks también permite a los ingenieros abordar su trabajo de diseño de distintas maneras. Por ejemplo, un ingeniero que diseña pensando en la fabricabilidad puede diseñar, almacenar y recuperar piezas individuales como archivos SLDPRT y combinar esos archivos SLDPRT en un único archivo SLDASM (consulta este artículo para entender las diferencias entre archivos SLDPRT y SLDASM).

Análisis

La capacidad de diseñar archivos CAD con el diseño real previsto —estética, geometrías de superficie, mecánica, colores y materiales— también abre la puerta a los equipos de diseño para probar y verificar la viabilidad del diseño virtualmente (es decir, antes del prototipado físico).

Cierto es que la calidad del análisis —que incluye simulación y visualización— depende de la capacidad que ofrezca la suite CAD (SolidWorks incluye estas funciones). Sin embargo, la simulación permite a los diseñadores reducir sus necesidades de prototipado y costes de pruebas físicas identificando y corrigiendo problemas de diseño durante la fase central de diseño.

Por ejemplo, las herramientas de análisis de SolidWorks, que usan el método de Análisis de Elementos Finitos (FEA), incluyen simulación estática lineal, basada en tiempo de movimiento y fatiga de alto ciclo en el nivel estándar. En niveles superiores, los ingenieros pueden determinar la durabilidad, topología, frecuencias naturales de sus diseños y realizar una gama de pruebas estáticas y dinámicas no lineales.

Preparación

Con las suites CAD actuales, la etapa de prototipado y pruebas físicas debería ser más corta en consumo de tiempo y recursos fiscales. Sin embargo, los diseñadores generalmente deben exportar el archivo CAD original a STL para que las impresoras 3D interpreten correctamente el archivo de diseño original.

Convertir a STL tiene ventajas y limitaciones. Por un lado, permite sin duda que un archivo de diseño original hecho en CAD se fabrique mediante impresión 3D. Sin embargo, STL no leerá los colores, texturas y otros elementos de diseño (incluidos metadatos) del diseño original.

Además, los cambios hechos en el archivo STL no se reflejarán automáticamente en el archivo de diseño original en CAD; el proceso es unidireccional: los cambios deben hacerse en CAD para que se reflejen en el archivo STL. Esto añade una capa de ineficiencia al proceso de prototipado (lo que hace que el trabajo de simulación y visualización en CAD sea aún más importante).

Finalmente, el refinamiento con archivos STL debe hacerse con cuidado. Aunque se pueda codificar el archivo STL en ASCII y trabajar aumentando el número de triángulos para disminuir la rugosidad, se corre el riesgo de inflar drásticamente el tamaño del archivo STL hasta que sea demasiado grande para que lo lean las impresoras 3D.

Impresión

Hoy, la amplia adopción y madurez técnica de STL lo convierten en una necesidad para la impresión 3D.

Para sustituir a STL, el Consorcio 3MF (del que la matriz de Spatial, Dassault Systèmes, es miembro fundador) trabaja para que la industria de fabricación aditiva adopte 3MF.

El nuevo formato usa ASCII en XML para permitir que las impresoras 3D lean archivos de diseño CAD con total fidelidad —es decir, con los colores, texturas y demás elementos de diseño previstos por el diseñador original. También está pensado para ser extensible y adaptable a tecnologías emergentes de impresión 3D.

Sin embargo, 3MF es un factor a largo plazo. A día de hoy, STL sigue siendo el formato dominante en la industria de fabricación aditiva. Quienes desarrollan aplicaciones y hardware para el sector de impresión 3D deben prever el manejo de STL.

Por qué aprovechar 3D InterOp

Al ser STL un elemento esencial para conectar las fases de diseño y producción en impresión 3D, es crítico que los usuarios finales puedan minimizar el tiempo dedicado a la reparación de archivos (de CAD a STL), ya sea desde SolidWorks u otras suites CAD. De hecho, la interoperabilidad es esencial porque no todos los flujos de trabajo de ingeniería usan SolidWorks.

El kit de desarrollo de software (SDK) 3D InterOp de Spatial permite a los desarrolladores de aplicaciones integrar interoperabilidad en sus ofertas para empresas de fabricación aditiva. Ya sea para impresoras 3D o aplicaciones destinadas a visualizar distintos formatos de archivos CAD, 3D InterOp te permite equipar rápidamente tus ofertas con los requisitos base de la industria de fabricación aditiva.

Necesitas estas capacidades, y aunque añadirlas es posible, solo aumentaría tu tiempo de comercialización y costes. Contacta a Spatial hoy para integrar rápidamente estas características commodity y enfocar tus limitados recursos de negocio hacia la diferenciación y la aceleración del time-to-market.