Claves sobre el comportamiento mecánico de estructuras de celosía en fabricación aditiva

Un estudio reciente realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign muestra que el éxito de una pieza fabricada aditivamente depende del éxito de la construcción.

Con avances recientes, la fabricación aditiva (AM) ha permitido velocidades de producción rápidas, alta resolución espacial y materiales fuertes — pero la libertad de diseño que ofrece para materiales de celosía arquitecturados puede verse como uno de sus beneficios más atractivos.

Entender las propiedades mecánicas de las estructuras de celosía juega un papel clave en desbloquear el potencial de AM. Como muestra el estudio, la impresión 3D no es tan fácil como enchufar una máquina y dar a "imprimir". Las piezas hechas con diseño de celosía y tecnología aditiva son tan buenas, si no a veces mejores, que las hechas con procesos tradicionales — pero se necesita ingeniería y experiencia en fabricación aditiva para asegurar escalabilidad y fiabilidad de esas piezas.

Recientemente, Fast Radius colaboró con la Universidad de Illinois para determinar si las piezas de celosía AM podían hacerse repetidamente y a escala. Dirigido a entender las verdaderas capacidades de la fabricación de celosías, este estudio involucró la fabricación de más de 50 piezas usando cuatro tipos diferentes de diseño de celosía y tres materiales diferentes para probar su resistencia e integridad. Fast Radius proporcionó la experiencia en ingeniería de fabricación y capacidad de fabricación para apoyar esta investigación. Este es el estudio más grande jamás publicado que prueba y valida estructuras de celosía fabricadas aditivamente.

El estudio completo está lleno de datos e insights importantes, pero hubo tres hallazgos principales para que ingenieros y diseñadores tomen nota. Esos hallazgos se relacionan con la precisión de piezas AM, el comportamiento mecánico de las propiedades de la celosía y la necesidad de análisis de fallo.

1) Las estructuras de celosía hechas en equipos de fabricación aditiva de grado de producción son altamente precisas.

Cada una de las 50 piezas fabricadas tenía cientos de características geométricas individuales. El equipo usó tecnología de escaneo sofisticada para medir más de 1,600 características en esas piezas para asegurar su precisión.

El hallazgo: Las mediciones de estas piezas impresas mostraron que su precisión cumplía estándares industriales. Esto refuerza la idea que las celosías fabricadas aditivamente son tanto repetibles como capaces de escalar para producción de grado industrial.

2) Las propiedades mecánicas de las piezas AM se comportan de forma predecible.

Para asegurar que las piezas diseñadas usando celosías pudieran cumplir requisitos de diseño, se probaron y midieron propiedades mecánicas, incluyendo la rigidez y resistencia de las piezas.

El hallazgo: En general, las piezas probadas se comportaron de manera esperada basada en teoría e ingeniería de predicción. En algunos casos, ciertas piezas fueron más débiles hasta en un siete por ciento. Al entender estas características únicas de las piezas impresas, los diseñadores pueden adaptar geometrías de piezas que tengan en cuenta variables de proceso, como orientación de la pieza y soporte.

3) El análisis de fallo es una parte crítica del diseño para AM.

Cuando piezas particulares fallaron, el equipo pudo analizar cómo y por qué falló la pieza. Se encontraron diferentes mecanismos de fallo en juego, y los fallos específicos dependen de la geometría, orientación y propiedades del material.

El hallazgo: La resistencia mecánica de una pieza de celosía depende del mecanismo de fallo específico de cada pieza. Cuando los mecanismos de fallo se entienden, los ingenieros pueden seleccionar diseños de celosía en consecuencia.

Entender la resistencia del diseño de celosía es el primer paso para desbloquear nuevas oportunidades con fabricación aditiva. Lea nuestro artículo, "Entendiendo celosías impresas en 3D: Consideraciones de rendimiento y diseño" para empezar a implementar diseño de celosía en sus propios proyectos.

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