4 beneficios de la reducción de peso

A medida que las preocupaciones ambientales se vuelven cada vez más importantes para los consumidores, muchos sectores del mercado están cambiando hacia una mayor conciencia energética y sostenibilidad. Si bien las soluciones como las fuentes de energía renovable, los vehículos eléctricos y los materiales sostenibles tienden a recibir una atención significativa de los medios, las prácticas como el aligeramiento, aunque menos llamativas, desempeñan un papel clave para impulsar cambios en todo el mercado hacia una mayor eficiencia energética.

El término “aligeramiento” puede referirse al intercambio de materiales usados ​​tradicionalmente por materiales más livianos, reduciendo la cantidad real de material usado y/u optimizando el diseño de una pieza o sistema para una combinación de estas prácticas. El aligeramiento puede permitir que los equipos de productos reduzcan el peso y el material requerido para una parte, o un sistema completo, como un automóvil, mientras mantienen los requisitos funcionales clave. Si lo hace, puede generar importantes ahorros de costos tanto para los fabricantes como para los consumidores, al mismo tiempo que, a menudo, mejora la eficiencia energética e incluso la funcionalidad del producto final.

Las industrias automotriz y aeroespacial han utilizado el aligeramiento durante décadas para reducir la masa del vehículo y mejorar la eficiencia del combustible sin sacrificar la función crítica o la seguridad. La sección transversal de una viga en I, que se usa a menudo en la industria de la construcción, es otro ejemplo de aligeramiento en acción. La forma de la sección transversal proporciona la máxima resistencia a la flexión y la torsión al tiempo que minimiza la cantidad de material necesario.

Al incorporar técnicas de aligeramiento en los procesos y metodologías de diseño existentes, los equipos de productos pueden ver beneficios tangibles en una amplia gama de aplicaciones de piezas. Algunos de los beneficios clave del aligeramiento incluyen los siguientes:

1. Ahorro de materiales y reducción de la huella ambiental

Las piezas más livianas suelen tener costos de materiales más bajos que sus contrapartes sin peso ligero y pueden requerir menos energía para fabricarse. Reducir el consumo de materiales también brinda beneficios ambientales, ya que el campo de la fabricación aditiva aún no se encuentra en un estado totalmente reciclable (aunque algunos materiales se pueden reutilizar). El diseño generativo y la optimización de la topología brindan varias formas de lograr el aligeramiento con la fabricación aditiva y pueden permitir el diseño de piezas casi óptimas que usan la cantidad mínima de material requerido.

2. Mayor eficiencia de combustible

Si bien las piezas más livianas suelen ser deseables en la ingeniería, son especialmente valiosas en la fabricación de automóviles, donde una reducción del peso del 10 % puede generar un aumento del 6 al 8 % en la eficiencia del combustible.

Los fabricantes aeroespaciales también se beneficiarán; Los investigadores han descubierto que aligerar los vagones de ferrocarril proporciona más ahorros de energía que los automóviles, y los aviones pueden beneficiarse del aligeramiento hasta 100 veces más que los vagones de ferrocarril. Además, el uso inteligente de menos material puede permitir que los equipos de productos aumenten la relación resistencia-peso de las piezas, lo cual es increíblemente importante para las aeronaves.

3. Opciones de material ampliadas

En muchos casos, la densidad y el peso de un material deseable limita las opciones disponibles para los equipos de productos. Sin embargo, el aligeramiento inteligente a través de un método como el enrejado puede expandir las capacidades de los materiales que de otro modo no funcionarían para una aplicación determinada. El resultado puede ser una densidad de pieza efectiva más baja e incluso propiedades mecánicas a granel modificadas. Esto permite que los equipos de productos aprovechen los materiales con propiedades químicas, térmicas, estéticas y mecánicas deseables.

4. Rendimiento mejorado

La combinación de aligeramiento con opciones de diseño estratégico puede ayudar a impulsar un mejor rendimiento de las piezas. Por ejemplo, el uso de estructuras de celosía para aligerar puede tener el beneficio de disminuir el peso y presentar la capacidad de mejorar y ajustar el comportamiento de absorción de impactos.

Consideraciones clave para aligerar

Al aligerar, lo principal a tener en cuenta es que los componentes críticos no deben verse comprometidos. Es esencial que los equipos de productos definan claramente qué es y qué no es crítico para la funcionalidad de sus piezas antes de comenzar.

El aligeramiento suele ser más eficaz cuando se aplica a piezas pesadas, rígidas y sobreconstruidas. Si el costo del material o el peso no son una preocupación, o si ambos ya están cerca de los niveles óptimos, es posible que el aligeramiento no valga la pena o no sea necesario. A partir de ahí, las propiedades de los materiales, como la rigidez, la relación resistencia-peso, la resistencia a la tracción y otras características, ayudarán a determinar los materiales y las geometrías ideales para aligerar una determinada pieza o componente.

También se debe tener en cuenta la geometría de la pieza, ya que esto limitará los métodos viables de producción. Los componentes simples diseñados con diseño generativo a veces se pueden moldear o moldear con uretano, pero los diseños más complejos requieren soluciones diferentes.

Las celosías, por ejemplo, son una solución de diseño extremadamente eficaz para el aligeramiento, pero las geometrías complejas de sus piezas generalmente no se pueden mecanizar. Afortunadamente, los procesos de fabricación aditiva como HP Multi Jet Fusion (MJF) permiten a los equipos de productos crear componentes geométricamente complejos a partir de diversos materiales como la poliamida 12 (PA 12), que proporciona una resistencia y una flexibilidad geométrica superiores. Es importante tener en cuenta que las redes aumentan drásticamente la relación entre el área superficial y el volumen de las piezas, lo que puede afectar la longevidad o la durabilidad de la pieza si los equipos de productos trabajan con materiales que se oxidan rápidamente, como los aceros que no son inoxidables.

La seguridad es otra consideración clave cuando se trata de aligerar peso. Muchas partes sólidas brindan más de sus características deseadas de lo que se requiere; por ejemplo, un componente podría ser 100 veces más rígido de lo que debe ser. La eliminación de material mediante aligeramiento podría, por ejemplo, disminuir la rigidez de la misma pieza a 25 veces lo que se requiere (u otro múltiplo menor).

Si bien la pieza aún es viable, los equipos de productos tienen menos margen de maniobra cuando se trata de garantizar la seguridad y lograr el cumplimiento. Como tal, el aligeramiento puede afectar el rendimiento de la pieza cuando se somete a condiciones extremas, por lo que los equipos de productos siempre deben tener esto en cuenta.

La solución eficaz para aligerar piezas

Al eliminar estratégicamente el material de las piezas y los componentes para reducir su peso total, los fabricantes pueden aprovechar una serie de beneficios complementarios, que incluyen una mayor eficiencia de las piezas, ahorros significativos en costos y más opciones de materiales.

Si bien históricamente se ha utilizado para mejorar la eficiencia de combustible de los vehículos, más sectores del mercado que nunca están aprovechando la práctica; de hecho, se espera que el mercado de materiales livianos tenga un valor de $ 243 mil millones para 2023. El mercado de bienes de consumo empaquetados en particular puede beneficiarse de aligeramiento, y posiblemente incluso ayudar a apoyar causas como la reducción del uso de plásticos de un solo uso.

Sin embargo, el proceso de aligeramiento puede requerir un alto grado de experiencia técnica, lo que significa que los equipos de productos que esperan reducir costos y maximizar la eficiencia a través del aligeramiento harían bien en asociarse con un equipo de diseñadores e ingenieros experimentados como los de Fast Radius.

Nuestro equipo de expertos está listo para ayudar a los equipos de productos a encontrar los métodos más eficientes, asequibles y confiables para producir la pieza que tienen en mente. Desde el diseño hasta el cumplimiento, Fast Radius es la solución confiable para cualquier necesidad de fabricación bajo demanda. Contáctenos hoy para comenzar.

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