Hola a todos mi nombres, a Manuel García,
soy profesora del departamento de ingeniería de construcción
y fabricación de la UNED en la siguiente presentación.
Vamos a ver diseños de soluciones para fabricación aditiva
y nos vamos a centrar en los volúmenes,
podemos abordarlo, el diseño de las piezas,
de otros enfoques diferentes desde el diseño de volúmenes
o el diseño de envolventes; no vamos a centrar en el diseño
de los volúmenes, habría dos estrategias diferentes,
principalmente hay más, pero, pero nos vamos a centrar en dos
para abordar este este tema del diseño de volúmenes,
uno es desde el diseño de piezas aligeradas y la aligerada al máximo.
Estos volúmenes para que tengan el menor material posible
y sean más ligeras y también sean más rápidas
de fabricar en la mayoría de los casos,
y la optimización de estos volúmenes
para que sean normas eficientes posibles en función
de los requerimientos de diseño.
Empezamos por el diseño de las piezas aligeradas.
Se puede abordar esas estrategias desde el la definición del relleno
de ese volumen, quitando el material,
todo lo que se pueda en el interior del volumen?
O se puede hacer desde la definición de esa envolvente
porque ya sabéis que en fabricación aditiva
se distingue entre el relleno y la envolvente de las piezas,
porque podemos quitar material en el interior
y podemos obtener diferentes patrones de relleno
y tenemos luego la envolvente que cubre.
Todo eso podemos aligerar en esos dos sentidos,
en relleno.
Vamos a ver que parte de un patrón de diseño
se puede abordar de diferentes maneras.
No es independiente, es decir,
en la diapositiva anterior hemos definido bueno,
incluso el anterior hemos definido dos estrategias.
La de piezas aligeradas,
desde el relleno envolvente y la optimización por otro lado,
pero vamos a ver cómo es en este ejemplo de investigaciones
desarrolladas del propio departamento donde no está desvinculado,
es decir, podemos hacer un aligeramiento
y una optimización de ese aligeramiento.
Es decir, podemos hacer incorporar en un algoritmo de genético
donde la mano de generación,
donde, donde yo puedo incorporar esas optimizaciones a el diseño
del propio relleno diferentes
en diferentes clasificaciones de relleno,
atendiendo a su diseño, a su geometría,
hacer la unidad a todas las opciones que vemos en la diapositiva,
según su diseño, puede ser un patrón de repetición uniforme
puede ser atendiendo a la superficie y se va a Jerome,
se va desarrollando su geometría en función
de esa superficie de esa envolvente perdón
o puede ser atendiendo a unos criterios estructurales
o de otra índole a según, según un análisis
realizado en este caso en el ejemplo que se ve aquí arriba,
que está atendiendo a un análisis de elementos finitos,
y optimizar la respuesta mecánica del relleno.
Según su geometría puede ser periódico a periódico,
puede ser abierto cerrado según el método de diseño
de la, de la celda?
Unidad puede partir?
Es hacer la unidad de un diseño de de sólidos,
es decir, unión de barras,
eliminación de material puede ser a partir de información de boxeo,
es decir, información tridimensional o puede ser
a partir de de superficies mínimas.
Hay diferentes aproximaciones assaf
en la unidad.
Según su patrón de repetición,
puede ser un patrón de repetición uniforme,
independientemente de la envolvente o puede ser un patrón de repetición,
conformado, es decir que va a depender,
se va a deformar en función de esa envolvente que lo rodea
o puede ser en función de;
se va a deformar en función de un análisis
que se haya realizado un análisis por ejemplo de elementos finitos,
para tener una mayor densidad en una zona con otras
y según su densidad puede ser la clasificada o puede
ser que sea una densidad uniforme o puede ser una compra
diente de densidades ya sea por un dimensionado de barras,
como en el caso que hemos visto anteriormente,
o porque el tamaño de esa celda, unidad sea menor en unas zonas
que en otras.
De esa manera se obtiene mayor cantidad de material o menor.
También se puede realizar el diseño de los rellenos
y optimizar ese diseño de los rellenos desde el diseño
de las trayectorias, porque diseñando las trayectorias.
Lo que estoy haciendo es excluir una cantidad de material
en un recorrido.
Entonces, controlando tanto el recorrido
como la cantidad de material que yo estoy depositando
sobre la superficie de impresión, por un lado,
como estamos viendo en al ejemplo de aquí arriba,
lo que se está controlando
es que cuando se hace ese cambio de recorrido
en el orden inverso esa ese cambio de dirección lo que produce
es una duración de polo, sin embargo, en este caso,
si lo que se hace es identificar dónde estado estado,
duración del foro y decir,
venga pues entonces voy a aumentar un poquito más el recorrido,
y aquí es donde hago el cambio de dirección.
La duración de polos se queda fuera, en esto pueden interesar,
cuando no nos interesa que tener ese acabado superficial limpio
pero puede interesar.
Si a mí lo que me interesa más
es estos orificios que quedan en el relleno,
para capilaridad o para o para introducir otros elementos,
etc, también puede interesar controlar la cantidad de material
que se destruye en esos recorridos
para crear estos gradientes de relleno.
En lugar de tener un uniforme.
Aquí vamos viendo que puede responder a un patrono,
puede responder a un análisis elementos finitos,
y que sea más eficiente.
También nos pueden interesar realizar un diseño de trayectorias
para ese relleno,
porque uno de los problemas más habituales,
sobre todo en rellenos de superficies mínimas
que son superficies orgánicas,
es que cuando tenemos una superficie orgánica sobre todo en este caso,
que es una repetición y que tiene muchísima información,
es a esa malla.
Los archivos son muy pesadas
y muchas veces no se puede gestionar bien
esa información.
Entonces, se tiende a simplificar al máximo
la geometría de exportaciones, es decir,
el archivo, stl o mce,
lo que tiende sobre todo los dea stl;
esa simplificar para que no pese tanto
a generar a tener menos puntos.
Entonces se generan lados, poligonal es ya se pierde
la información, desacuerdo, natura y se quedan esas esas caras planas
y que se queda poligonal,
con lo cual no estoy obteniendo realmente
esa geometría orgánica.
Si yo genero desde el propio algoritmo de diseño
decir aquí yo tengo no sé bien porque es una,
es un algoritmo complejo y está por nuevas,
y no podemos hacer suma todo.
Pero si aquí yo tengo la geometría que me genera esta superficie mínima
y desde la propia geometría de la superficie mínima
estoy metiendo esos planos de intersección de laminación
de para averiguar cuáles serían esas trayectorias
que tienen que ser seguir el cabezal.
Estoy saltándome el paso de tener que exportar la geometría
a un stl que me deja las caras planas entonces no estoy perdiendo
esa información kurda.
Además puedo optimizar desde el propio algoritmo
que en lugar de con este lado de aquí por ejemplo,
para hacer este esta trayectoria gorda,
en lugar de subdividir la curva para identificar
cuáles son los puntos que tienen que seguir,
el cabezal en lugar de subdividirla de manera equidistante
a quien no me hace falta porque es una línea prácticamente recta.
Entonces lo que hago es donde tengo mayor curvatura.
Sí que me hace falta esos puntos de información
y donde realmente no tengo curvatura.
Puedo decir que vaya de este punto
a este y no estoy perdiendo nada de información,
con lo cual estoy optimizando esa esos recorridos,
y estoy generando menos datos para para que el proceso
sea más eficiente.
En cuanto a los modelos de optimización,
estamos ya en optimización,
hemos visto que no es independiente del todo,
que realmente se estamos optimizando esos rellenos,
podemos hacerlo desde dos aproximaciones diferentes.
Desde modelos en función de esos modelos matemáticas
que estemos utilizando,
modelos malladas desde modelos malladas o desde modelos paramétricos
los modelos malladas, por ejemplo, se utilizan para optimizaciones
-topológica, las que partimos de un modelo paella mallado,
nos da como resultado una malla y son unas aproximaciones
muy generales, no nos da una pieza definitiva,
sino que nos da una geometría de por dónde van los tiros para luego
hacer una optimización más fina,
una optimización atendiendo otros criterios,
o definir el diseño, pues un diseño más concreto,
más comercial, más industrial.
Entonces, qué es lo que ocurre?
Que como tenemos uno que parte de modelos, mediados
y el otro de modelos paramétricos nos encontramos aquí una ruptura
de ese proceso, que es lo que es, lo que ocurre,
que en un proceso convencional de diseño para fabricación aditiva
que se parte de esos modelos malladas
y interviene,
el diseñador y realiza un diseño a partir de ese modelo mallado,
para luego parametrizar, lo para poder hacer
optimizaciones sucesivas.
Entonces aquí existe un cuello de botella que ya es agilidad,
que tiene la explicación aditiva, pues la está interrumpiendo.
Hay estrategias y cada vez hay más estrategias.
Estaban investigando más en este en este ámbito
para pasar de esos modelos, vallados, a modelos paramétricos
sin interrupción,
sin que suponga una ruptura en este proceso de diseño,
uno de la soluciones de en realizadas por ya abetal
y civilizadas, por ejemplo, también en el departamento
y en otros en otras escuelas de universidades.
Es en este caso parte de modelos malladas escaneados,
que también es un problema cuando escaneamos un elemento,
y queremos parametrizar lo para hacer una utilización
y llevarlo a la fabricación aditiva,
y nos encontramos también con esa ruptura.
Entonces, una solución puede ser, como en este caso,
meter unas secciones a partir de unos planos,
y esas secciones en esos puntos no ya lo podemos.
Esas curvaturas la podemos controlar mejor
y podemos parametrizar las entonces,
se puede hacer un sol elevado que una de esas curvaturas
y generar una a partir de ese modelo mallado generar una superficie
ya que se pueden parametrizar.
Otra manera sería;
a partir también, en este caso desarrollado.
En el propio departamento, a partir de esa sección,
de esa, en este caso,
de una geometría escaneada de un pie,
se mete la sección y se determinan cuáles son los puntos de contorno,
los que definen esa geometría y a partir de esos puntos
de contorno, conectarlos
y establecer cuáles serían esas variables que nos dan.
Esa geometría para poder dar holgura.
Reducir holguras adaptarlo de una forma de otra
y ir modificando el diseño.
Podemos encontrarnos 2.
Problemas de optimización, mono objetivo y monte.
Objetivo objetivos, más sencillo de resolver,
sobre todo porque tenemos una solución.
Es decir,
si yo lo que quiero es minimizar la cantidad de material,
me va a decir que es.
Este es el resultado en el que tengo el menor mantener material posible.
Sin embargo, en la moción objetivo tenemos muchos más,
muchas objetivos diferentes y es más complejo el problema,
porque hay objetivos que no se pueden satisfacer
sin que otros se deterioren;
lo que se obtiene es una frontera de parece,
es decir, todos estos puntos son soluciones factibles
y estos son las soluciones más óptimas
para para ambos simultáneamente,
pero en este caso por ejemplo es muy eficaz,
resolviendo un aproximándose a un objetivo,
pero es menos eficaz para satisfacer el otro.
Entonces tenemos que elegir cuál es el que nos conviene.
Atendiendo a otros criterios
y ahí la papel del diseñador es fundamental,
hay diferentes problemas de optimización estructural,
se pueden clasificar básicamente en tres de tamaño,
de forma y topológica;
la de tamaño sería, por ejemplo, este dimensionado de barras
para un relleno que hemos visto anteriormente.
Es decir, el proceso es el siguiente.
Se realiza un un diseño de un relleno,
en este caso de barras periódico uniforme,
y se realiza un análisis de elementos finitos,
para ver las normales, es decir,
la resistencia de estas barras los esfuerzos que resisten
a estas barras para la dimensión mínima que que puede fabricar
la tecnología en cuestión en este caso de fdm
entonces sé que resisten todas las barreras,
pues ya está se quedará con la mínima que no resisten todas las barras.
Se aumenta un poco en este caso cerró con dos
creo recordar la dimensión de esa barra
y se vuelve a hacer un análisis.
Esto está en un bucle que va haciendo iteraciones
y que va utilizando la estructura sucesivamente,
que no resiste, ha aumentado un poquito las que ya resisten
se quedan como están, y así sucesivamente,
hasta que ya toda la estructura resiste la la, la los esfuerzos,
las condiciones de carga que sean,
que se han establecido la estructura de la optimización estructural
de forma en este caso también desarrollado en el departamento,
donde lo que se establece es a partir de una geometría
de una celda, unidad uniforme.
Como veis, aquí ya no están uniforme,
se ha ido de formando, se establecen unas condiciones de carga
y de contorno y se adapta esa geometría
a esa superficie, esa envolvente y, además,
esas condiciones de carga, con lo cual,
como podéis ver ya se va deformando esa geometría para adaptarse,
para ser lo más eficiente posible
y luego estaría la de en este caso se puede incluso tamaño y forma
simultáneamente.
Cuando estamos hablando de una optimización,
estamos clasificando, es para entender los conceptos,
pero luego, cuando creamos esos algoritmos
o esos procesos de diseño,
podemos estar trabajando con varios simultáneamente.
En este caso, por ejemplo, se trabaja simultáneamente
con el de optimización de tamaño y la utilización de forma,
porque se ve que la la forma que adquieren esta hacerlo
si ya pues es variable, si estamos en la parte de abajo,
en la parte de arriba y dimensionado de esas barras,
también es es variable y luego, por último,
estaría la optimización estructural,
que es la que la que aprovecha al máximo,
las ventajas de la fabricación aditiva,
porque lo que lo que hace es bajo unas condiciones de contorno
y de carga determinadas.
Optimiza la la eficiencia del material,
es decir, coloca el material donde es más eficiente
y donde realmente no resiste directamente lo lo va eliminando.
Cuál es el problema que hemos comentado anteriormente?
Que, como podéis ver, se está desarrollando por diferentes
sobre esta utilización topológica de un mismo elemento,
de un engancho, y vemos que en unos casos
se trabaja como Axel?
En otros casos se trabaja como maya,
pero no se trabaja de forma para mentira en ningún caso.
Entonces tendríamos siempre que pasar además
que nos da genera una forma un poco tosca,
que luego tenemos que pasar a definir en el diseño.
Entonces teníamos esa ruptura,
que tenemos que salvar con estrategias
como las que hemos visto anteriormente.
Con esto hemos visto diseños de soluciones
para la fabricación aditiva.
Centrándonos en los volúmenes,
espero que haya quedado claro, sino quedamos a vuestra disposición
para cualquier duda que pueda surgir.
Muchas gracias por vuestra atención.