Ravi Kunju de Altair: Software de simulación avanzado para impresión 3D

Lograr un flujo de trabajo de preparación de diseño más simple y rápido ha sido una búsqueda continua en la industria de impresión 3D. Diseñar para Fabricación Aditiva es proceso complejo, con retos y oportunidades únicos.

Por tanto, requiere herramientas relevantes para que ingenieros aprovechen al máximo la flexibilidad de diseño de AM. Altair es una de esas empresas que desarrolla estas soluciones. Altair es empresa tecnológica global que provee software y soluciones cloud en desarrollo de producto, computación de alto rendimiento y analítica de datos.

En esta Entrevista Experta, hablamos con Ravi Kunju, VP Sr. Desarrollo de Negocio y Estrategia, Diseño Guiado por Simulación, en Altair. Con Ravi, aprendemos sobre la herramienta de software Altair Inspire Print3D recién lanzada, el estado actual del software de simulación para impresión 3D, y exploramos algunas aplicaciones AM habilitadas por soluciones Altair.

Cuéntanos sobre Altair y los retos que resolvéis.

Somos empresa tecnológica global que provee software y soluciones cloud en diseño de producto, desarrollo, computación de alto rendimiento y analítica de datos.

Nuestra visión, y lo que hacemos en 30+ años de negocio, es transformar la toma de decisiones de producto y negocio mediante nuestra tecnología de simulación, soluciones de analítica de datos y soluciones líderes de optimización de diseño.

Soy responsable de productos de diseño guiado por simulación para Altair.

Habéis lanzado Altair Inspire Print3D. ¿Explicas las distintas soluciones de software que ofrecéis?

Altair Inspire Print3D es solo una de muchas soluciones que ofrecemos. Altair ha sido líder en optimización por años. Tenemos clientes usando nuestra tecnología de optimización para crear diseños para todo tipo de métodos de fabricación: conformado de chapa, fundición, extrusión, moldeo por inyección. También usan nuestra tecnología para entender mejor requisitos de rendimiento y crear diseños generativos específicos para un proceso de fabricación. En ese contexto, es importante entender los dos extremos del espectro. Uno: qué impulsa el diseño; otro: qué pasa una vez tienes diseño que quieres fabricar. Estos elementos se unen en nuestra plataforma. Una cosa que hicimos con nuestra plataforma Inspire es llevar el proceso de diseño guiado por simulación al frente y hacerlo muy fácil para que diseñadores lo entiendan e impulsen diseños, siendo completamente conscientes del proceso de fabricación. Como no es prudente separar proceso de fabricación de requisitos de diseño, pusimos todo en un solo entorno mediante nuestra plataforma.

Inspire Print3D se centra en dos cosas. Uno: bajo la plataforma Inspire permite a usuarios generar diseños específicamente para cualquier proceso AM; usando reglas de fabricación específicas (restricciones) que guían el diseño para cumplir el proceso de fabricación. Dos: tomar todos los requisitos de rendimiento y combinarlos, y usar métodos numéricos avanzados para generar automáticamente diseño para fusión láser selectiva (SLM), deposición fundida (FDM), chorro de aglutinante (MJF) o fabricación aditiva por arco de alambre (WAAM).

El módulo Print3D permite no solo generar el diseño sino también validar virtualmente el rendimiento del nuevo diseño creado.

Simulación por software Altair Inspire Print3D [Crédito imagen: Altair]

La primera versión de Print3D permite simular el proceso de fusión láser selectiva. Una simulación termo-mecánica avanzada está embebida en este entorno para evaluar cualquier problema de fabricación que pueda surgir durante impresión 3D como distorsión, altas tensiones y roturas asociadas. Los diseñadores pueden generar el diseño, añadir estructuras de soporte, y arreglar problemas todo en un solo entorno antes de ir a impresión. El mayor beneficio que vemos: hoy, si miras lo que clientes hacen en AM, suelen tener enfoque subóptimo para crear diseño óptimo. Además, una vez tienen diseño, intentan poner soportes para poder imprimir y luego descubren problemas. Para todos estos pasos hay soluciones de software separadas.

Altair elimina todo eso permitiendo a usuarios diseñar y evaluar una pieza en un solo entorno. Es sabido que alrededor del 45% del coste asociado a AM metálica hoy se atribuye a retirada de soportes. Usar eficazmente nuestras reglas de diseño (restricciones) permite a usuarios finales crear diseños con soportes mínimos o nulos. También permitimos crear estructuras de soporte, entender su efectividad mediante simulación termo-mecánica: simulamos la construcción, enfriado, retirada de soportes y predecimos el retroceso elástico posterior y distorsión asociada, evitando fallos posteriores. Eso es lo que hace Inspire Print3D: permite a usuarios idear, evaluar y validar diseño, en un solo entorno. Altair Inspire ayuda a usuarios finales a crear diseños ligeros y de alto rendimiento mientras mejoran productividad simultáneamente.

¿Cómo describirías el estado actual de software de diseño, simulación y optimización topológica para AM?

Altair ha sido líder en optimización topológica y diseño generativo por años, no solo para aditiva, sino para todos los procesos de fabricación. Tenemos más de 5.000 clientes usando nuestros productos diariamente para crear diseños óptimos. Pero no todas las herramientas de diseño generativo son iguales. Tenemos los mejores métodos numéricos para resolver problemas clave y somos los únicos que toman diferentes criterios de rendimiento, casos de carga juntos y los combinan con restricciones de fabricación, para crear diseños muy específicos para ese proceso. Para impulsar y generar diseño, hay dos cosas que hay que entender bien: requisitos de rendimiento y proceso de fabricación. Ejemplo: si haces fundición metálica y no quieres núcleos sacrificados y caros, o quieres crear forma sin rebajes para extraer patrones del molde eficientemente; las restricciones de fabricación correctas deben combinarse con rendimiento de fabricación para generar diseño ligero. Hay muchas herramientas que generan diseño orgánico, y la gente tiende a pensar que eso es todo. Pero de hecho, eso es solo el principio, porque quieres asegurar que entiendes procesos de fabricación y qué diseño óptimo debe ser para un proceso dado. Solo generar forma óptima no basta si no entiendes requisitos de fabricación. En espacio de diseño generativo, hay muchos enfoques numéricos: puedes perturbar variables de diseño y generar miles de diseños y decir «voy a variar todas estas formas y tamaños y eso me dará mil diseños, evaluar cada uno e identificar el mejor». Eso puede ser subóptimo, lento y caro para optimización a nivel de componente. Puede que no consigas buena solución. En lado de simulación hoy, AM ha estado predominantemente confinado a prototipado. Pero Altair busca ayudar a clientes a transformar proceso para hacer más que piezas únicas. ¿Podemos explorar metodologías como chorro de aglutinante? ¿Fundición híbrida, donde imprimes arena en 3D y luego fundes en molde de arena? ¿Explorar opciones para convertir capacidad en capacidad productiva?

Esa ha sido nuestra búsqueda para entender profundamente requisitos únicos de fabricación. Hoy somos líderes en crear piezas ligeras de alto rendimiento, así como utillaje y ensamblaje, usando últimos métodos de diseño para fabricación.

¿Puedes hablar de aplicaciones logradas gracias a vuestro software de diseño?

Primeros adoptadores fueron empresas de satélites y aeroespacial, porque no tenían grandes volúmenes pero necesitaban diseños altamente optimizados y ligeros. Diseñamos soporte de telescopio y otros soportes con EOS para EADS donde entraban cargas complejas.

También trabajamos con empresas de automoción, incluyendo BMW, Ford, GM y muchas otras en el mundo, que exploran AM como opción viable para prototipado. Si lo corto, vemos no solo impresión 3D directa, sino abundante fabricación híbrida, donde fabricación tradicional se combina con aditiva. Quiero decir con eso: por ejemplo, impresión 3D de arena de núcleos y moldes para fundición.

Segundo área: moldes para moldeo por inyección plástico. Es importante que el ensamblaje de molde que forma la cavidad no se separe durante ciclo de presurización induciendo rebaba que hay que quitar. Todo el molde puede optimizarse estructuralmente usando diseño generativo para mantener integridad bajo cargas. Además de optimización estructural, también podemos optimizar extracción de calor con canales de refrigeración conformados que envuelven regiones que requieren enfriamiento rápido. Tales estructuras orgánicas son ideales para impresión 3D. Trabajamos con PROTIQ en estos ejemplos, donde puedes pasar de 9 segundos de tiempo de ciclo a 3 segundos. Si haces un millón de piezas al día, puedes hacer 3 millones. Significa que puedes triplicar productividad, optimizando molde para proceso de inyección.

También trabajamos con industria robótica, que tiene numerosas aplicaciones donde optimización de diseño e impresión 3D se usan para garras de extremo de brazo robótico. Las garras se desgastan rápido y hay que reemplazarlas ya para evitar interrupciones en línea de montaje. Para estructuras extremadamente grandes, colaboramos recientemente con MX3D en brazo robótico impreso en 3D. MX3D usa tecnología propietaria basada en arco de alambre para producir grandes estructuras metálicas.

Brazo robótico MX3D optimizado con software Altair [Crédito imagen: Altair]

Nuestro software permitió a MX3D optimizar diseño del brazo robótico reduciendo más de la mitad del peso original, considerando restricciones de impresión. Para este proyecto, nuestros ingenieros usaron Personalización de Diseño Generativo para hallar forma más eficiente para brazo robótico impreso en 3D. Hay también muchas aplicaciones de defensa que se benefician de impresión 3D. Ejemplo: si parte de vehículo de combate se rompe, quieres poder imprimirla in situ, ya, sin esperar repuesto. Especialmente para piezas legacy sin planos. Nuestras soluciones se usan en impresión 3D médica. Ejemplo: Andiamo, empresa ortopédica, usa impresión 3D para crear dispositivos ortopédicos mejor ajustados. Forma tradicional: envolver extremidad o torso en yeso, cortar y enviar a fabricación manual. Proceso de Andiamo elimina yeso, empieza con escaneo 3D digital del cuerpo, creando modelo muy preciso para empezar a diseñar. También involucra numerosas simulaciones para garantizar ajuste perfecto para niño. Vemos también interés creciente en procesos como chorro de aglutinante. Trabajamos con socios como Desktop Metal y ExOne. Presentamos aplicaciones de chorro de aglutinante en Formnext, recorriendo todo el proceso de crear soporte de bici con FDM, SLM, Fundición Híbrida y proceso de chorro de aglutinante.

Mirando la industria en general, ¿qué ves como desarrollos clave para 2020?

La industria se mueve muy rápido. Cuando voy a eventos AM, está claro que el número de fabricantes de impresoras y proveedores de materiales casi se duplica año a año. Con competencia aumentando, soy muy positivo de que el coste se reducirá, gran freno en AM ahora. El aumento de jugadores probablemente ayude al consumidor final.

Mira industria dental: una de las más maduras, porque si consumidor quiere corona nueva, dentista escanea diente y envía escaneo a imprimir en 2-3 días. Ese ciclo hay que lograrlo en otras industrias. Y eso es a lo que todos seguirán esforzándose en 2020.

¿Retos que aún deben superarse para acelerar adopción de impresión 3D?

Hay varios retos entrelazados. Número uno: coste. Coste obviamente relacionado con tamaño de pieza y volumen de producción que determinan qué método de fabricación usar. Incluso dentro de aditiva, podrías querer ir con fusión láser selectiva o chorro de aglutinante metálico. Segundo: certificación. ¿Cómo certificamos pieza según sea pieza estructural o crítica de seguridad? ¿Y nivel de repetibilidad? Hoy, reto: no podemos controlar coste y tenemos baja repetibilidad. Si pieza se imprime en impresora concreta, ¿se logran mismas especificaciones si se imprime en otra impresora y ubicación? ¿Probabilidades de que piezas se comporten igual? Eso plantea reto de modelar con precisión física a micro-nivel. Pregunta: ¿pueden usuarios confiar en que pieza final se imprima consistentemente en distintas plataformas y ubicaciones? Hay mucho trabajo por hacer en establecer estándares industriales y cualificación de materiales. Proveedores de materiales, fabricantes de impresoras, proveedores de software: todos deben unirse para crear estándares sobre tolerancias aceptables para piezas ligeramente cargadas o críticas de seguridad; porosidad interna y/o calidad superficial externa. Si miras historia, fundición, forja, chapa, todos tuvieron asociación vinculada, como American Foundry Society. Hay muchas organizaciones dedicadas a reunir a todos y crear estándares. Hoy mercado AM explota en todas áreas, pero eventualmente todo debe unirse para crear estándares colectivamente y asegurar que cada jugador esté en la misma página.

Finalmente, ¿qué depara el próximo año para Altair?

Seguiremos desarrollando más soluciones de simulación para usuarios. En procesos de fabricación aditiva, seguiremos desarrollando soluciones que ayuden a usuarios de tecnología a validar proceso y entender incertidumbres. En última instancia, nos enfocamos en tres pilares: entender rendimiento, crear diseño combinando dos cosas: rendimiento y proceso de fabricación. Todo debe ir de la mano, y continuaremos nuestra misión de ayudar a clientes a validar rendimiento y proceso de fabricación lo más precisamente posible para impulsar diseños. Seguiremos combinando física con computación de alto rendimiento y datos. Tenemos que ponerlos todos juntos, porque algunos problemas se resuelven entendiendo física y otros con machine learning. Nos esforzaremos por combinar todas las tecnologías que desarrollamos para hacer cosas más eficientes y rentables para clientes, con meta final de ayudarles a tomar mejores decisiones y productos de mejor rendimiento.