Cómo aprovechar al máximo CAD en el proceso de fabricación aditiva

Las principales fases que intervienen en la fabricación aditiva son la del diseño y el proceso de fabricación. Prácticamente, el trabajo de diseño se realiza en un paquete de diseño asistido por computadora (CAD) como SolidWorks (y otros), mientras que la fase de producción física, es decir, la impresión 3D, se facilita exportando el archivo CAD (por ejemplo, SLDPRT) a STL, un formato que pueden ser leídos por impresoras 3D con visor XML 3D.

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

Tanto para los equipos de ingeniería como para los fabricantes, la productividad dependerá de la eficacia de sus herramientas de diseño, ya sea de la calidad de sus suites CAD o de su capacidad para interactuar con partes que utilizan diferentes suites CAD. Por ejemplo, el tiempo dedicado a reparar archivos y solucionar los problemas técnicos del uso de ciertos formatos de archivo (como STL) se suma al tiempo de comercialización.

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

¿Qué es CAD?

Ya sea fabricación aditiva o incluso fabricación sustractiva, el proceso de diseño de casi todos los productos comienza en CAD. SolidWorks se encuentra entre varias suites CAD populares en el mercado, se utiliza para diseñar un producto, ya sea como una colección de piezas individuales o como un sistema completo, así como para probar y calificar sus atributos de diseño antes de la fabricación.

¿Qué es STL?

STL (abreviatura de STereoLithography o Standard Tessellation Language) se lanzó en 1987 para permitir que las impresoras 3D de estereolitografía leyeran archivos CAD. Al igual que IGES, STL ahora se usa ampliamente en la industria de la impresión 3D, especialmente como un medio para permitir que los equipos con diferentes conjuntos de CAD interactúen fácilmente entre sí como parte de un proyecto de desarrollo de productos más amplio.

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Comprender el flujo de trabajo de ingeniería

Diseño

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

De hecho, SolidWorks también ofrece herramientas especializadas para incorporar láminas de metal, moldes, soldaduras y superficies en su trabajo de diseño principal. En otras palabras, el archivo de diseño CAD podría reflejar efectivamente el producto del mundo real previsto con total fidelidad.

SolidWorks también equipa a los ingenieros para abordar su trabajo de diseño de diferentes maneras. Por ejemplo, un ingeniero que diseña teniendo en cuenta la capacidad de fabricación puede diseñar, almacenar y recuperar piezas individuales como archivos SLDPRT y combinar esos archivos SLDPRT en un archivo SLDASM (consulte este artículo para comprender las diferencias entre los archivos SLDPRT y SLDASM).

Análisis

La capacidad de diseñar archivos CAD con el diseño del mundo real previsto, como la estética, las geometrías de la superficie, la mecánica, los colores y los materiales, también abre la puerta para que los equipos de diseño prueben y verifiquen la viabilidad del diseño virtualmente (es decir, antes de la creación de prototipos físicos).

Por supuesto, la calidad del análisis, que incluye simulación y visualización, depende de la capacidad que ofrece la suite CAD (SolidWorks incluye estas funciones). Sin embargo, la simulación permite a los diseñadores reducir sus necesidades de creación de prototipos y costos de pruebas físicas al identificar y corregir problemas de diseño durante la fase de diseño central.

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

Preparación

Con las suites CAD actuales, la etapa de prueba y creación de prototipos físicos debería ser más corta en el 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.

La conversión a STL tiene sus ventajas y limitaciones. Por un lado, ciertamente permite fabricar un archivo de diseño original hecho en CAD mediante impresión 3D. Sin embargo, STL no leerá los colores, texturas y otros elementos de diseño de su diseño original (incluidos los metadatos).

Además, los cambios realizados en el archivo STL no se reflejarán automáticamente en el archivo de diseño original en CAD; más bien, el proceso es una forma en la que se deben realizar cambios en CAD para que reflejen el archivo STL. Esto agrega una capa de ineficiencia al proceso de creación de prototipos (lo que hace que el trabajo de simulación y visualización realizado en CAD sea aún más importante).

Finalmente, el refinamiento realizado con archivos STL debe hacerse con cuidado. Aunque podría codificar el archivo STL en ASCII y trabajar para aumentar la cantidad de triángulos para disminuir la tosquedad, corre el riesgo de aumentar drásticamente el tamaño de su archivo STL de modo que sea demasiado grande para que lo lean las impresoras 3D.

Impresión

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

Para reemplazar a STL, el Consorcio 3MF (del cual la empresa matriz de Spatial, Dassault Systèmes es miembro fundador) está trabajando para que la industria de fabricación aditiva adopte 3MF.

El nuevo formato utiliza ASCII en XML para permitir que las impresoras 3D lean archivos de diseño CAD con total fidelidad, es decir, con los colores, texturas y otros elementos de diseño previstos por el diseñador original. También pretende ser extensible y adaptable a la tecnología de impresión 3D emergente.

Sin embargo, 3MF es un factor a largo plazo. A día de hoy, STL sigue siendo el formato de archivo dominante en uso por la industria de fabricación aditiva. Aquellos que desarrollan aplicaciones y hardware para aquellos en el espacio de impresión 3D deben adaptarse al manejo de STL.

Por qué aprovechar 3D InterOp

Dado que STL es un elemento esencial para unir las fases de diseño y producción en la impresión 3D, es fundamental que los usuarios finales sean capaces de minimizar el tiempo dedicado a la curación de archivos (es decir, de CAD a STL), ya sea desde SolidWorks u otras suites de CAD. De hecho, la interoperabilidad es esencial, ya que no todos los flujos de trabajo de ingeniería utilizan SolidWorks.

El kit de desarrollo de software (SDK) 3D InterOp de Spatial equipa a los desarrolladores de aplicaciones para integrar la interoperabilidad en sus ofertas para las empresas de fabricación aditiva. Ya sea para impresoras 3D o para aplicaciones destinadas a ver diferentes formatos de archivo CAD, 3D InterOp le permite equipar rápidamente sus ofertas con los requisitos básicos de la industria de fabricación aditiva.

Necesita estas capacidades y, si bien es posible agregarlas, simplemente aumentará su tiempo de comercialización y sus costos. Comuníquese con Spatial hoy para integrar rápidamente estas características de productos básicos y enfocar sus recursos comerciales limitados hacia la diferenciación y acelerar el tiempo de comercialización.