Algoritmos para las nuevas máquinas de fabricación aditiva

La maquinaria de fabricación aditiva (AM, o impresión 3D) ha avanzado con el tiempo. Sin embargo, el software necesario para las nuevas máquinas se queda atrás a menudo. Para ayudar a mitigar este problema, unos investigadores de la universidad Penn State diseñaron un software de planificación de procesos automatizados para ahorrar dinero, tiempo y recursos de diseño.

Las nuevas máquinas de cinco ejes están diseñadas para moverse linealmente a lo largo de un plano x, y y z y rotar entre ellos para permitir que la máquina cambie la orientación de un objeto. Estas máquinas son un avance sobre las tradicionales máquinas de tres ejes que carecen de capacidad de rotación y requieren estructuras de soporte.

Una máquina de este tipo puede suponer un gran ahorro de tiempo y dinero; sin embargo, la AM de cinco ejes carece de la misma planificación de diseño y automatización que las máquinas de tres ejes. Aquí es donde la creación de un software de planificación se vuelve crítica.

"La AM de cinco ejes es un área joven, y el software adecuado aún no está disponible", dijo Xinyi Xiao, doctorada en ingeniería industrial en Penn State, ahora profesora asistente de ingeniería mecánica y de fabricación en la Universidad de Miami en Ohio. "Esencialmente, desarrollamos una metodología para mapear automáticamente los diseños desde el software CAD - diseño asistido por ordenador - a la AM para ayudar a disminuir los pasos innecesarios. Se ahorra dinero si se dedica menos tiempo para hacer la pieza y también al usar menos materiales de estructuras de soporte de tres ejes".

Xiao llevó a cabo este trabajo como parte de su programa de doctorado bajo la supervisión de Sanjay Joshi, profesor de ingeniería industrial. Su investigación fue publicada en la revista Journal of Additive Manufacturing.

En comparación con la fabricación tradicional aditiva metálica, este proceso contiene múltiples volúmenes imprimibles que parten de diferentes superficies constructivas con distintas orientaciones. (Foto: Xinyi Xiao, Penn State)

"Queremos automatizar el proceso de decisión de los diseños de fabricación para llegar a una 'fabricación aditiva en la que baste apretar botones'", dijo Joshi. "La idea del software es hacer que la AM de cinco ejes sea totalmente automatizada sin necesidad de trabajo manual o rediseños de un producto. Xinyi acudió a mí cuando necesitaba orientación o tenía preguntas, pero al final, ella tenía la llave".

El algoritmo del software determina automáticamente las secciones de una pieza y las orientaciones de las secciones. A partir de esto, el software designa cuándo se imprimirá cada sección y en qué orientación dentro de la secuencia de impresión. A través de un proceso de descomposición, la geometría de la pieza se reduce a secciones individuales, cada una de ellas imprimible sin estructuras de soporte. A medida que cada pieza se va haciendo en orden, la máquina puede girar a través de sus ejes para reorientarla y seguir imprimiendo. Xiao lo comparó con trabajar con bloques de construcción de Lego.

El algoritmo puede ayudar a fabricar una pieza. Proporciona a los diseñadores oportunidades para hacer correcciones o alterar el diseño antes de la impresión, lo que puede afectar positivamente al coste. El algoritmo también puede informar a un diseñador de lo factible que puede ser crear una pieza utilizando la fabricación sin soporte.

"Con un algoritmo, no se necesita realmente la experiencia del usuario porque está en el software", dijo Joshi. "La automatización puede ayudar a probar un montón de diferentes escenarios muy rápidamente antes de crear algo en la máquina".

Xiao dijo que tiene la intención de continuar esta investigación ya que algunas de las principales áreas de aplicación de esta tecnología son la aeroespacial y la automotriz.

"Los grandes componentes metálicos, utilizando fabricación tradicional aditiva, pueden tardar días y desperdiciar muchos materiales utilizando estructuras de soporte", dijo Xiao. "La fabricación aditiva es muy potente, y puede hacer muchas cosas debido a su flexibilidad; sin embargo, también tiene sus desventajas. Todavía hay más trabajo por hacer". (Fuente: NCYT Amazings)