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La fabricación aditiva o impresión 3D, a diferencia de las técnicas tradicionales de mecanizado, permite la creación de piezas complejas, cuyo peso total puede optimizarse utilizando un método numérico llamado optimización topológica.

Esta técnica es, literalmente, “eliminar” el material que no posee los soportes a través de un software de optimización. Entre los más conocidos se encuentra Within Labs de Autodesk.

¿Cómo funciona la optimización topológica?

La optimización topológica comienza con la creación de un modelo 3D en la fase de borrador, en el que se aplicaran las diferentes cargas o fuerzas para la pieza (una presión sobre las lengüetas de sujeción, por ejemplo).

Modelo en fase de concepción

El software será el encargado de calcular todas las limitaciones, se muestran en color rojo los elementos esenciales de la pieza y en azul los elementos que no tienen una utilidad primordial de soporte o fuerza.

Visualización del cálculo de la pieza

Con esta resolución, se realiza una pieza de corte que expulsa las partes que no serán sometidas a esfuerzos. Aquí ya es visible un primer borrador de la futura optimización.

Primer borrador de pieza optimizada

La geometría final con el cumplimento de los requisitos mecánicos y de diseño, se obtiene finalmente después del suavizado de la pieza de trabajo.

Suavizado y resultado final

Para hacerse una idea de los beneficios de la optimización topológica, se pasa de una pieza con un peso inicial de 2 kg a una pieza optimizada de solamente 327g, una ganancia de un 83,4% de algo que sigue cumpliendo con sus especificaciones.

Ejemplo de pieza optimizada topológicamente

¿Quien utiliza la optimización topológica y con qué fin?

La industria automotriz instauró este sistema de forma rápida gracias a la reducción del costo directo de las materias primas, razones económicas asociadas al desarrollo de las series. Una ganancia de unos poco gramos por vehículo en una producción de varios millones de unidades, supone un ahorro de toneladas de material.

En la aeronáutica, por su parte, se interesa en los efectos indirectos de reducción de costes. Aviones más ligeros consumen menos combustible, que genera un ahorro en la compañía aérea. Estas medidas ya han sido incluidas por Airbus, que integró piezas impresas en 3D en sus vuelos comerciales para la reducción de sus costes.

Al utilizar la mecánica de mecanizado en masa es mucho más difícil obtener piezas geométricas complejas. La fabricación aditiva ha superado estos problemas con más libertad para los diseñadores, y al mismo tiempo reduciendo costes de material y en algunas situaciones de combustible. Por ello la técnica ha sido adoptada cada vez más por gigantes de la industria, entre ellos Autodesk que de acuerdo a la entrevista de Maurice Conti, director de investigación Aplicada, la optimización topológica es el diseño del futuro.