Cuatro beneficios clave del aligerado para la eficiencia energética

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 soluciones como fuentes de energía renovables, vehículos eléctricos y materiales sostenibles tienden a recibir una atención mediática significativa, prácticas como el aligerado, aunque menos llamativas, están desempeñando papeles clave en impulsar cambios a nivel de mercado hacia una mayor eficiencia energética.

El término "aligerado" puede referirse a intercambiar materiales utilizados tradicionalmente por materiales más ligeros, reducir la cantidad real de material utilizado y/o optimizar el diseño de una pieza o sistema para una combinación de estas prácticas. El aligerado puede permitir a los equipos de producto reducir el peso y material requerido para una pieza, o un sistema completo, como un automóvil, manteniendo los requisitos funcionales clave. Hacerlo puede crear importantes ahorros de coste para fabricantes y consumidores, al tiempo que a menudo mejora la eficiencia energética e incluso la funcionalidad del producto final.

Las industrias automotriz y aeroespacial han utilizado el aligerado durante décadas para reducir la masa del vehículo y mejorar la eficiencia de combustible sin sacrificar funciones críticas o seguridad. La sección transversal de una viga en I, a menudo utilizada en la industria de la construcción, es otro ejemplo de aligerado en acción. La forma transversal proporciona la máxima resistencia a la flexión y torsión mientras minimiza la cantidad de material necesario.

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

1. Ahorro de material y reducción de la huella ambiental

Las piezas más ligeras típicamente tienen costes de material más bajos que sus contrapartes no aligeradas y pueden requerir menos energía para fabricar. Reducir el consumo de material también proporciona beneficios ambientales, ya que el campo de la fabricación aditiva aún no está en un estado totalmente reciclable (aunque algunos materiales pueden reutilizarse). El diseño generativo y la optimización topológica proporcionan varias formas de lograr aligerado con fabricación aditiva y pueden permitir el diseño de piezas casi óptimas que usan la cantidad mínima de material requerida.

2. Mayor eficiencia de combustible

Si bien las piezas más ligeras son a menudo deseables en ingeniería, son especialmente valiosas en la fabricación automotriz, donde una reducción de peso del 10 % puede generar un aumento del 6-8 % en la eficiencia de combustible.

Los fabricantes aeroespaciales también se benefician; los investigadores han encontrado que aligerar vagones de ferrocarril proporciona más ahorro de energía que con coches, y las aeronaves pueden beneficiarse del aligerado hasta 100 veces más que los vagones de ferrocarril. Además, usar inteligentemente menos material puede permitir a los equipos de producto aumentar la relación resistencia-peso de las piezas, lo que es increíblemente importante para las aeronaves.

3. Opciones de materiales expandidas

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

4. Mejora del rendimiento

Combinar aligerado con elecciones de diseño estratégicas puede ayudar a impulsar un mejor rendimiento de la pieza. Por ejemplo, usar estructuras de celosía para aligerado puede tener tanto el beneficio de disminuir el peso como introducir la capacidad de mejorar y ajustar el comportamiento de absorción de impactos.

Consideraciones clave para el aligerado

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

El aligerado es típicamente más efectivo cuando se aplica a piezas pesadas, rígidas y sobredimensionadas. Si el coste del material o el peso no son una preocupación, o si ambos ya están cerca de niveles óptimos, entonces el aligerado puede no ser valioso o necesario. A partir de ahí, propiedades del material como rigidez, relación resistencia-peso, resistencia a la tracción y otras características ayudarán a determinar los materiales y geometrías ideales para aligerar una pieza o componente dada.

La geometría de la pieza también debe tenerse en cuenta, ya que esto limitará los métodos viables de producción. Componentes simples diseñados con diseño generativo a veces pueden utillarse o vaciarse en uretano, pero diseños más complejos requieren soluciones diferentes.

Las celosías, por ejemplo, son una solución de diseño extremadamente efectiva para aligerado, pero sus geometrías de pieza intrincadas generalmente no pueden mecanizarse. Afortunadamente, procesos de fabricación aditiva como HP Multi Jet Fusion (MJF) permiten a los equipos de producto crear componentes geométricamente complejos a partir de varios materiales como Poliamida 12 (PA 12), que proporciona resistencia superior y flexibilidad geométrica. Es importante notar que las celosías aumentan drásticamente la relación superficie-volumen de las piezas, lo que puede afectar la longevidad o durabilidad de la pieza si los equipos de producto trabajan con materiales que se oxidan rápidamente, como aceros no inoxidables.

La seguridad es otra consideración clave cuando se trata de aligerado. Muchas piezas sólidas proporcionan más de sus características deseadas de lo requerido; un componente podría ser 100 veces más rígido de lo que necesita ser, por ejemplo. La eliminación de material mediante aligerado 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 sigue siendo viable, los equipos de producto tienen menos margen cuando se trata de garantizar la seguridad y lograr el cumplimiento. Como tal, el aligerado puede afectar cómo se comporta la pieza cuando se somete a condiciones extremas, por lo que los equipos de producto siempre deben tener esto en cuenta.

La solución efectiva para aligerar piezas

Al eliminar estratégicamente material de piezas y componentes para reducir su peso total, los fabricantes pueden aprovechar una serie de beneficios auxiliares, incluyendo mayor eficiencia de pieza, ahorros de coste significativos y opciones de materiales expandidas.

Si bien históricamente se ha utilizado para mejorar la eficiencia de combustible de los vehículos, más sectores de mercado que nunca están aprovechando la práctica; de hecho, se espera que el mercado de materiales ligeros valga 243.000 millones de dólares para 2023. El mercado de bienes de consumo empaquetados en particular puede beneficiarse del aligerado, e incluso posiblemente ayudar a apoyar causas como la reducción del uso de plásticos de un solo uso.

Sin embargo, el proceso de aligerado puede requerir un alto grado de experiencia técnica, lo que significa que los equipos de producto que esperan recortar costes y maximizar la eficiencia a través del aligerado 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 producto a encontrar los métodos más eficientes, asequibles y fiables de producir la pieza que tienen en mente. Desde el diseño hasta el cumplimiento, Fast Radius es la solución de confianza para cualquier necesidad de fabricación bajo demanda. Contáctanos hoy para comenzar.

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