El experto en Altair, Ravi Kunju, habla sobre el software de simulación avanzado para impresión 3D

Lograr un flujo de trabajo de preparación de diseños más simple y rápido ha sido una búsqueda constante dentro de la industria de la impresión 3D. El diseño para la fabricación aditiva es un proceso complejo, con sus desafíos y oportunidades únicos.

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‍ Por lo tanto, se requieren herramientas relevantes que permitan a los ingenieros aprovechar al máximo la flexibilidad de diseño de la fabricación aditiva. Altair es una de esas empresas que desarrolla estas soluciones. Altair es una empresa de tecnología global que ofrece software y soluciones en la nube en las áreas de desarrollo de productos, informática de alto rendimiento y análisis de datos.

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En la entrevista al experto de esta semana, hablamos con Ravi Kunju, vicepresidente sénior de estrategia y desarrollo empresarial, diseño basado en simulación, en Altair. Con Ravi, aprendemos más sobre la herramienta de software Altair Inspire Print3D recientemente lanzada, el estado actual del software de simulación para impresión 3D y exploramos algunas de las interesantes aplicaciones de fabricación aditiva habilitadas por las soluciones de Altair.

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¿Podrías contarnos un poco sobre Altair y los desafíos que estás resolviendo?

Somos una empresa de tecnología global que ofrece software y soluciones en la nube en el área de diseño y desarrollo de productos, informática de alto rendimiento y también análisis de datos.

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Nuestra visión, y lo que hemos estado haciendo en los más de 30 años que llevamos en el negocio, es transformar la toma de decisiones comerciales y de productos a través de nuestra tecnología de simulación, nuestras soluciones de análisis de datos y también nuestras soluciones de optimización de diseño líderes en la industria.

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Soy responsable de los productos de diseño basados en simulación para Altair.

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Recientemente lanzó el software Altair Inspire Print3D. ¿Podría explicar las diferentes soluciones de software que ofrece?

Altair Inspire Print3D es solo una de las muchas soluciones que ofrecemos. Altair ha sido líder en el área de optimización durante muchos años. Tenemos clientes que utilizan nuestra tecnología de optimización para crear sus diseños para todo tipo de métodos de fabricación, ya sea conformado de chapa metálica, fundición, extrusión o moldeo por inyección. También utilizan nuestra tecnología para comprender mejor los requisitos de rendimiento y crear diseños generativos específicamente para un proceso de fabricación. En ese contexto, es importante comprender los dos extremos del espectro. Uno es lo que impulsa el diseño y el otro es lo que sucede una vez que tienes el diseño que deseas fabricar. Estos elementos se unen en nuestra plataforma. Una de las cosas que hemos hecho con nuestra plataforma Inspire es presentar el proceso de diseño basado en simulación desde el principio y hacer que a los diseñadores les resulte muy fácil comprender e impulsar los diseños, siendo al mismo tiempo completamente conscientes del proceso de fabricación. Como no es prudente separar el proceso de fabricación de los requisitos de diseño, los hemos puesto todos en un único entorno a través de nuestra plataforma.

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Entonces, Inspire Print3D se centra en dos cosas. Una es que, bajo la plataforma Inspire, permite a nuestros usuarios generar diseños específicamente para cualquier proceso de fabricación aditiva; utilizando reglas de fabricación específicas (restricciones) que impulsan el diseño para cumplir con el proceso de fabricación. El segundo es tomar todos los requisitos de rendimiento, combinarlos y utilizar métodos numéricos avanzados para generar automáticamente un diseño para fusión selectiva por láser (SLM), deposición fundida (FDM), inyección de aglutinante (MJF) o fabricación aditiva por arco eléctrico (WAAM).

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Por lo tanto, el módulo Print 3D le permite no solo generar el diseño sino que también le ayuda a validar virtualmente el rendimiento del nuevo diseño que ha creado.

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Simulación realizada por el software Inspire Print3D de Altair [Crédito de la imagen:Altair]

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La primera versión de Print3D permite al usuario simular el proceso de fusión selectiva por láser. En este entorno se integra una simulación termomecánica avanzada para evaluar cualquier problema de fabricación que pueda surgir durante la impresión 3D, como distorsión, altas tensiones y rupturas asociadas con ellos. Los diseñadores pueden generar el diseño y agregar las estructuras de soporte, y solucionar cualquiera de los problemas, todo dentro de un solo entorno antes de imprimir. El mayor beneficio que vemos es que hoy en día, si nos fijamos en lo que hacen los clientes en AM, normalmente tienen un enfoque subóptimo para crear un diseño óptimo. Además, una vez que hayan ideado un diseño, intentarán colocar estructuras de soporte para asegurarse de que puedan imprimir la pieza y luego descubrirán que tienen problemas. Para todos estos pasos existen soluciones de software independientes.

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Altair elimina todo eso al permitir a los usuarios diseñar y evaluar una pieza dentro de un único entorno. Es bien sabido que alrededor del 45 por ciento del costo asociado con la fabricación aditiva de metales en la actualidad puede atribuirse a la eliminación de soportes. El uso eficaz de nuestras reglas de diseño (restricciones) permite a los usuarios finales crear diseños con soportes mínimos o nulos. También permitimos a los usuarios crear una estructura de soporte, comprender su efectividad a través de la simulación termomecánica; donde podemos simular la construcción, el enfriamiento, la eliminación del soporte y predecir la recuperación elástica posterior y la distorsión asociada y evitar fallas posteriores. Eso es lo que hace Inspire Print3D:permite a los usuarios finales idear, evaluar y validar su diseño en un único entorno. Altair Inspire ayuda así a nuestros usuarios finales a crear diseños ligeros y de alto rendimiento y, al mismo tiempo, mejorar la productividad.

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¿Cómo describiría el estado actual del software de diseño, simulación y optimización de topología para AM?

Altair ha sido líder en optimización de topología y diseño generativo durante varios años, no sólo para los procesos aditivos, sino para todos los procesos de fabricación. Contamos con más de 5.000 clientes que utilizan nuestros productos a diario para crear diseños óptimos. Pero no todas las herramientas de diseño generativo son iguales. Contamos con los mejores métodos numéricos para resolver problemas clave y somos los únicos que tomamos diferentes criterios de desempeño, cargamos casos juntos y los combinamos con restricciones de fabricación, para crear diseños que son muy específicos de ese proceso de diseño. Para impulsar y generar un diseño, hay dos cosas que deben entenderse bien:los requisitos de rendimiento y el proceso de fabricación. Por ejemplo, si está haciendo fundición de metal y no quiere tener núcleos, que son sacrificados y costosos, o si desea crear una forma sin socavaduras para eliminar patrones de manera eficiente de la cavidad del troquel; las restricciones de fabricación adecuadas deben combinarse con una fabricación de alto rendimiento para generar un diseño liviano. Existen muchas herramientas que pueden generar un diseño orgánico y la gente tiende a pensar que esto es todo lo que se necesita. Pero, de hecho, eso es sólo el comienzo, porque usted quiere asegurarse de comprender los procesos de fabricación y cuál debe ser el diseño óptimo para un proceso determinado. Simplemente generar una forma óptima no es suficiente si no se comprenden los requisitos de fabricación. En el espacio del diseño generativo, existen muchos enfoques numéricos que puede utilizar; por ejemplo, puede alterar algunas variables de diseño y generar miles de diseños y luego decir:"Voy a variar todas estas formas y tamaños diferentes y eso me dará mil diseños, evaluaré cada uno y luego identificaré el mejor". Esto puede ser subóptimo, consumir mucho tiempo y ser costoso para la optimización a nivel de ciertos componentes. Es posible que no obtenga una buena solución. Hoy en día, en el ámbito de la simulación, la fabricación aditiva se ha limitado predominantemente a la creación de prototipos. Pero Altair ha estado en la búsqueda de ayudar a nuestros clientes a transformar el proceso para fabricar más de piezas únicas. ¿Podemos explorar otras metodologías como la inyección de aglutinante? ¿Podemos explorar la fundición híbrida, en la que se imprime con arena y luego se vierte la fundición en un molde de arena? ¿Podemos explorar algunas de estas opciones para convertir su capacidad en capacidad?

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Esa ha sido nuestra búsqueda para comprender profundamente los requisitos únicos de fabricación. Hoy somos líderes en la creación de piezas livianas de alto rendimiento, así como en herramientas y ensamblaje, utilizando el último diseño para métodos de fabricación.

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¿Puedes hablar sobre algunas de las aplicaciones que se han logrado, en parte gracias a tu software de diseño?

Los primeros en adoptarlos fueron las empresas de satélites y aeroespaciales, porque no tenían grandes volúmenes, pero necesitaban diseños ligeros y muy optimizados. Diseñamos un soporte para telescopio y otros soportes con EOS para EADS donde entraban en juego cargas complejas.

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También estamos trabajando con empresas automotrices, incluidas BMW, Ford, GM y muchas otras empresas en todo el mundo, que están explorando la fabricación aditiva como una opción viable para la creación de prototipos. Si lo analizo en detalle, vemos no solo impresión 3D directa, sino también una gran cantidad de fabricación híbrida, donde la fabricación tradicional se combina con la aditiva. Lo que quiero decir con esto es, por ejemplo, la impresión 3D en arena de machos y moldes para fundición.

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La segunda área son los moldes para inyección de plástico. Es importante que el conjunto de molde que forma la cavidad no se separe durante el ciclo de presurización provocando rebabas que deban eliminarse. Todo el molde se puede optimizar estructuralmente mediante diseño generativo para mantener la integridad bajo las cargas. Además de la optimización estructural, también podemos optimizar la extracción de calor con líneas de enfriamiento conformadas que envuelven regiones que requieren un enfriamiento rápido. Estas estructuras orgánicas son ideales para la impresión 3D. Trabajamos con PROTIQ en estos ejemplos, donde se puede pasar de casi 9 segundos de tiempo de ciclo a 3 segundos. Entonces, si estás produciendo un millón de partes por día, entonces puedes producir 3 millones de partes por día. Significa que puede triplicar su productividad, optimizando el molde para el proceso de moldeo por inyección.

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También trabajamos con la industria de la robótica, que tiene numerosas aplicaciones en las que se utilizan la optimización del diseño y la impresión 3D para pinzas robóticas de extremo de brazo. Las pinzas tienden a desgastarse muy rápidamente y, por lo tanto, es necesario reemplazarlas inmediatamente para evitar interrupciones en la línea de montaje. Para estructuras extremadamente grandes, recientemente colaboramos con MX3D en un brazo robótico impreso en 3D. MX3D es una empresa de impresión 3D que utiliza tecnología patentada basada en arcos de alambre para producir grandes estructuras metálicas.

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RobotArm de MX3D optimizado con la ayuda del software Altair [Crédito de la imagen:Altair]

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Nuestro MX3D habilitado por software optimiza el diseño del brazo robótico para reducir más de la mitad del peso original, teniendo en cuenta las limitaciones de impresión. Para este proyecto, nuestros ingenieros utilizaron la personalización del diseño generativo para encontrar la forma más eficiente para el brazo robótico impreso en 3D. También hay muchas aplicaciones de defensa que pueden beneficiarse de la impresión 3D. Por ejemplo, si parte de un vehículo de combate se estropea, querrás poder imprimir esa pieza localmente, de inmediato, sin tener que esperar a que llegue una pieza de repuesto. Este es especialmente el caso de piezas heredadas de las que es posible que no tenga dibujos. Nuestras soluciones también se utilizan en el campo de la impresión 3D médica. Por ejemplo, Andiamo, una empresa de ortesis, está utilizando la impresión 3D para crear dispositivos ortopédicos que se ajustan mejor. La forma tradicional de hacer una órtesis es envolver una extremidad del torso en yeso, que luego se corta y se envía para su fabricación manual. El proceso de Andiamo elimina la necesidad de moldes de yeso y, en su lugar, comienza con un escaneo digital 3D del cuerpo, creando un modelo de alta precisión para comenzar a diseñar. El proceso también implica numerosas simulaciones para garantizar un ajuste perfecto para un niño. También estamos viendo un mayor interés en los procesos de impresión 3D como el Binder Jetting. Estamos trabajando con algunos de nuestros socios en este espacio, como Desktop Metal y ExOne. Presentamos aplicaciones de Binder Jetting en Formnext, donde recorrimos todo el proceso de creación de un soporte para bicicleta con FDM, SLM, Hybrid-Casting y proceso de Binder Jetting.

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Si observamos la industria de manera más general, ¿cuáles considera que son algunos de los desarrollos clave para 2020?

La industria avanza muy rápido. Cada vez que asisto a eventos AM, queda claro que el número de fabricantes de impresoras y proveedores de materiales casi se duplica año tras año. Con el aumento de la competencia, estoy muy seguro de que el costo se reducirá, lo cual es un gran impedimento para la fabricación aditiva en este momento. El creciente número de jugadores probablemente ayudará al consumidor final.

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Mire la industria dental, por ejemplo. Es uno de los más maduros, porque si un consumidor quiere que le arreglen una nueva corona, su dentista simplemente toma un escaneo del diente y envía el escaneo para imprimir en 2-3 días. Ese ciclo también debe lograrse en otras industrias. Y eso es por lo que todos seguiremos esforzándonos en 2020.

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¿Hay algún desafío que crea que aún debe superarse para acelerar aún más la adopción de la impresión 3D?

Hay una serie de desafíos que están entrelazados entre sí. El número uno es el costo. El costo está obviamente relacionado con el tamaño de la pieza y el volumen de producción, lo que determina qué tipo de método de fabricación se debe utilizar. Incluso dentro del aditivo es posible que desee optar, por ejemplo, por la fusión selectiva por láser o por la inyección de aglutinante metálico. El segundo aspecto es la certificación. ¿Cómo podemos certificar una pieza dependiendo de si es una pieza resistente o crítica para la seguridad? ¿Y cuál es el nivel de repetibilidad? Hoy, el desafío es que no podemos controlar el costo y tenemos una baja repetibilidad. Si una pieza se imprime en una impresora en particular, ¿se pueden lograr las mismas especificaciones si esa pieza se imprime en una impresora diferente y en una ubicación diferente? ¿Cuáles son las probabilidades de que las piezas se comporten exactamente igual? Eso resulta en el desafío de poder modelar con precisión la física que sucede a nivel micro. Esto plantea la cuestión de si los usuarios pueden estar seguros de que la pieza final se puede imprimir de forma consistente en diferentes plataformas y ubicaciones. Hay mucho trabajo por hacer en términos de establecer estándares para toda la industria y calificación de materiales. Proveedores de materiales, fabricantes de impresoras, proveedores de software:todos tienen que unirse para establecer ciertos estándares en términos de cuáles son las tolerancias aceptables para piezas críticas para la seguridad con cargas ligeras o pesadas; en términos de cumplir con la porosidad interna y/o la calidad de la superficie externa. Si nos fijamos en la historia, ya sea la fundición, la forja o la chapa, a lo largo de los años todos han tenido una asociación vinculada a ellos, como la American Foundry Society, por ejemplo. Hay muchas organizaciones que se dedican a unir a todos y crear estándares. Hoy en día, el mercado de fabricación aditiva está explotando en todas las áreas, pero eventualmente, todo debe unirse para crear estándares de manera colectiva y garantizar que todos y cada uno de los actores de la industria estén en la misma página.

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Finalmente, ¿qué le depara el año que viene a Altair?

Continuaremos desarrollando más soluciones de simulación para nuestros usuarios. En cuanto a los procesos de fabricación aditiva, continuaremos desarrollando soluciones que ayuden a los usuarios de tecnología a validar el proceso y comprender las incertidumbres que lo acompañan. En última instancia, nos centramos en tres pilares principales:comprender el rendimiento, crear un diseño combinando dos cosas; rendimiento y el proceso de fabricación en sí. Todos tienen que ir de la mano y continuaremos con nuestra misión de ayudar a nuestros clientes a validar el rendimiento y el proceso de fabricación con la mayor precisión posible para impulsar los diseños. Continuaremos combinando la física con datos y computación de alto rendimiento. Tenemos que juntarlos todos, porque algunos problemas se pueden resolver entendiendo la física y otros deben resolverse con aprendizaje automático. Nos esforzaremos por combinar todas las tecnologías que estamos desarrollando para hacer las cosas más eficientes y rentables para nuestros clientes, con el objetivo final de ayudarlos a tomar mejores decisiones y productos con mejor rendimiento.