Tres ventajas de la optimización topológica que su equipo de producto no puede perderse

La optimización de topología (TO o TopOp) es un método matemático que optimiza el diseño del material dentro de un espacio determinado, teniendo en cuenta las restricciones de límite o carga dadas. La optimización de topología permite a los diseñadores optimizar una pieza o un componente mecánico, normalmente mediante la reducción de material.

La optimización de topología es una forma de diseño generativo, que se refiere a la combinación de tres disciplinas diferentes (diseño, simulación y optimización) para crear una simulación que considere miles de millones de grados de libertad para crear una solución óptima.

La optimización de la topología permite a los diseñadores lograr un cuidadoso equilibrio entre resistencia y asequibilidad, determinando cómo crear una pieza que sea lo suficientemente resistente utilizando la menor cantidad de material posible. Lo hace de una manera que sería increíblemente difícil de lograr sin la ayuda de una computadora. Esto a veces puede dar como resultado algunas formas extrañas, razón por la cual la optimización de la topología va de la mano con la fabricación aditiva; La impresión 3D es la herramienta más eficaz para fabricar estas piezas complejas.

En última instancia, el software de optimización de topología permite a los diseñadores aprovechar la libertad que ofrece la fabricación aditiva. Sin embargo, hasta hace poco, era prohibitivamente costoso para muchos equipos de productos. Solo en los últimos años, la optimización de topología se ha convertido en una función integrada en muchos programas CAD populares, lo que la hace mucho más accesible. Esto es lo que los equipos de productos deben saber sobre esta poderosa herramienta.

Cómo funciona la optimización de topología

Los métodos de optimización de topología más populares y prácticos están basados ​​en elementos finitos (FE). FE se refiere a un método de diseño que se basa en simulaciones para determinar qué áreas de un objeto no son estructuralmente críticas y, por lo tanto, pueden eliminarse potencialmente.

El primer paso para la optimización de topología basada en FE es definir las cargas, las fijaciones, las restricciones y el "espacio de diseño" o el volumen máximo que puede ocupar potencialmente una pieza determinada. Luego, el software analizará las restricciones específicas para ofrecer varias opciones de diseño de piezas y guiará al diseñador en la dirección del mejor diseño posible. Cuando se selecciona un diseño, el software repetirá el proceso para refinar la geometría

Por lo general, las piezas diseñadas con optimización de topología utilizan menos material para lograr los mismos o mejores resultados, lo que se traduce en ahorros de costos directos y un producto mejorado. Debido a que la optimización de la topología puede reducir el exceso de peso de muchos diseños, la tecnología es especialmente popular para los componentes metálicos en las industrias aeroespacial y automotriz, las cuales se benefician de una mayor eficiencia de combustible cuando se reduce el volumen o el peso de los materiales de las piezas. Además, debido a que la optimización topológica y la fabricación aditiva permiten a los diseñadores imitar de cerca las formas orgánicas, la tecnología se aprovecha cada vez más para aplicaciones médicas.

Ventajas de la optimización topológica

Las ventajas de la optimización topológica se extienden más allá de la reducción de material. Algunos de sus otros beneficios incluyen:

• Un proceso de diseño abreviado: La optimización de topología puede reducir drásticamente los plazos de desarrollo de productos, lo que se traduce en costos reducidos. El proceso automatizado generalmente conduce a piezas de mejor rendimiento en mucho menos tiempo del que se necesitaría para los métodos de diseño tradicionales.
• Mejor rendimiento: El mejor diseño para una pieza dada no siempre es intuitivo, y es posible que un equipo de diseño nunca lo hubiera logrado sin la ayuda de una computadora. Los algoritmos de optimización de topología no tienen los sesgos que tienen los humanos, por lo que tienden a ignorar la estética y las reglas de diseño comunes a favor de un mejor rendimiento.

Mayor eficiencia energética y de costes. La optimización de la topología elimina cualquier característica o material innecesario, lo que reduce tanto el desperdicio como el costo. Además, debido a que estas piezas son más livianas, también tienden a reducir la demanda de energía en sus aplicaciones de uso final.

Software popular de optimización de topología

El software de optimización de topología se puede comprar como herramienta independiente o como módulo integrado de CAD. Dos jugadores importantes en la optimización topológica son Altair y Dassault Systèmes. Altair lanzó por primera vez la herramienta OptiStruct en 1994 y General Motors fue su primer cliente. Dassault Systèmes es responsable de varios módulos populares de TopOp, incluidos Tosca y ATOM.

Un puñado de programas CAD populares, incluidos Solidworks y Creo, vienen con herramientas de optimización de topología integradas. Tenga en cuenta que estas herramientas tienden a ser menos potentes y con muchas funciones que el software TO independiente. Dicho esto, son capaces de proporcionar información valiosa durante el proceso de diseño.

nTop Platform es un nuevo tipo de software CAD cuyos módulos TopOp integrados permiten la salida de datos de simulaciones para controlar directamente los parámetros de diseño, como el grosor variable de la pared o el grosor de la viga de celosía, lo que aporta nuevas funcionalidades al panorama del software.

Primeros pasos con la optimización topológica

Tanto las empresas modernas como los consumidores exigen soluciones que sean más rápidas, más eficientes, más efectivas y más respetuosas con el medio ambiente que nunca. La optimización de topología puede brindar estos beneficios y más a los equipos de productos. Afortunadamente, la tecnología también se está volviendo más accesible. Sin embargo, aprovechar al máximo el software TO y optimizar el proceso de desarrollo de productos requiere que los equipos tengan un profundo conocimiento funcional de cómo usar la tecnología de manera efectiva.

Los equipos de productos de todas las formas y tamaños que estén interesados ​​en aprovechar la optimización topológica para crear piezas de mejor rendimiento y menos costosas a gran velocidad pueden consultar a los expertos de Fast Radius. Nuestro equipo de diseñadores, ingenieros, tecnólogos y gerentes de proyectos experimentados son expertos en diseño digital, simulación y optimización del rendimiento. Nuestra misión es ayudar a nuestros clientes a hacer posibles cosas nuevas.

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