¿QUÉ ES LA OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA?
La optimización topológica nos permite aligerar piezas de manera automática mediante el método de elementos finitos. El estudio de topología parte de datos básicos de una pieza (volumen de diseño, cargas, sujeciones, controles de fabricación y objetivos del estudio) y ejecuta un algoritmo iterativo que proporciona una pieza estructuralmente óptima.
La optimización topológica basada en elementos finitos es un proceso que consiste en encontrar la distribución óptima de material y huecos en un espacio de diseño determinado, en función de las condiciones de carga y de los límites, de forma que la estructura resultante cumpla los objetivos de rendimiento prescritos.
La optimización topológica de las piezas sin aplicar restricciones de fabricación dará lugar a productos de aspecto orgánico. Esto se debe a que el material elegirá el camino más corto desde la carga hasta la restricción, dando como resultado la forma más eficiente matemáticamente.
Esta metodología se desarrolló como una técnica avanzada de diseño estructural para generar configuraciones innovadoras, ligeras y de alto rendimiento, difíciles de obtener mediante ideas convencionales. Por ello, se ha convertido en una técnica de diseño estructural de primer orden para las estructuras de alto rendimiento, ligeras y multifuncionales, y se ha utilizado ampliamente en la industria aeroespacial, la automoción, la arquitectura, etc.
OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Y FABRICACIÓN ADITIVA
Como sabemos, la fabricación aditiva es una técnica de fabricación avanzada que construye estructuras acordes a un diseño, mediante la unión de material capa a capa. Gracias a ello se logran patrones alternativos para componentes complejos.
La combinación de la optimización topológica y la fabricación aditiva permite aprovechar al máximo sus ventajas y potencialidades, con amplias perspectivas de aplicación en la fabricación moderna.
Aunque la optimización topológica es una herramienta de diseño disponible desde hace varias décadas, las restricciones impuestas por las técnicas de fabricación tradicionales han limitado mucho su utilidad. Esto está cambiando ahora con el continuo desarrollo y el creciente uso de la FA en la industria. Con la FA es posible imprimir casi cualquier geometría. A diferencia de la optimización del tamaño y la forma, las estructuras optimizadas mediante optimización topológica pueden alcanzar cualquier forma dentro del espacio de diseño.
Así, gracias a la fabricación aditiva las posibilidades son casi infinitas; más aún teniendo en cuenta que la fabricación aditiva no establece restricciones en la forma de la pieza, siendo la única restricción con la fabricación aditiva el grosor mínimo de la pared.
OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Y DISEÑO DE PRODUCTO
La optimización topológica es la tarea más complicada en los problemas de optimización del diseño estructural porque no se conoce el trazado general de la estructura; sin embargo, su aplicación en la etapa de diseño conceptual ha demostrado reducir el coste y el tiempo de desarrollo.
Aunque la optimización topológica tiene una amplia gama de aplicaciones en el diseño de productos de ingeniería, actualmente se utiliza sobre todo en la fase de diseño para optimizar el tamaño y la forma de las piezas.
La optimización topológica permite a los diseñadores optimizar un componente o pieza mecánica, normalmente mediante la reducción de material. En realidad se trata de una forma de diseño generativo, lo que hace referencia a la combinación de tres disciplinas diferentes: diseño, simulación y optimización.
APLICACIONES DE LA OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA Y LA FABRICACIÓN ADITIVA
Sin necesidad de herramientas adicionales, moldes ni procedimientos complicados, la fabricación aditiva es adecuada para la fabricación de estructuras complejas lo que, además de ahorrar costes de producción, acorta el ciclo de fabricación (especialmente en la creación rápida de prototipos y la producción de lotes pequeños).
Además, la fabricación aditiva facilita el diseño de estructuras integrales que reducen el número de piezas y los procesos de montaje. A lo largo de las últimas décadas han surgido diversas técnicas de fabricación aditiva como el sinterizado selectivo por láser (Selective Laser Sintering, SLS), la fusión selectiva por láser (Selective Laser Melting, SLM) y el modelado por deposición fundida (Fused Deposition Modelling, FDM), entre otros.
Los materiales empleados abarcan el metal, el polímero, el compuesto, el biomaterial, etc. Las piezas fabricadas mediante FA abarcan desde micro nano componentes hasta grandes estructuras. Gracias a sus potentes capacidades de fabricación personalizada, la FA se ha desmarcado de las técnicas de fabricación convencionales y ha desempeñado un papel importante en la industria de la fabricación avanzada, que tiene amplias perspectivas de aplicación en la industria aeroespacial, la mecatrónica, la medicina y la ingeniería civil.
La FA permite a los ingenieros trabajar sin las limitaciones de las técnicas de fabricación convencionales y prestar atención al diseño de estructuras ligeras y de alto rendimiento. A su vez, la optimización topológica es un enfoque eficaz para los productos de fabricación aditiva que requieran una configuración ligera e innovadora.
La integración de la optimización topológica y la AM es una forma importante de lograr la correspondencia entre el diseño estructural y la fabricación.
CONCLUSIÓN
La fabricación aditiva ha hecho posible que las formas orgánicas propias de la optimización topológica sean fabricables y se conviertan en un símbolo de innovación. Su avance en el campo del diseño industrial es notable: aporta una gran ventaja con respecto a las tecnologías tradicionales gracias la libertad de diseño (que resulta de la posibilidad de imprimir cualquier forma geométrica).
El diseño generativo permite crear nuevas formas geométricas a través de algoritmos y el software de optimización topológica permite que los materiales se coloquen solo donde sea necesario, reduciendo así el peso y el costo de las piezas
En definitiva, la optimización topológica y la fabricación aditiva van de la mano, son conceptos complementarios.
En Mizar Addditive, como expertos en fabricación aditiva, conocemos la optimización topólogica. Ponte en contacto con nosotros y recibe toda la información que necesites.
