Valoración de metodologías de diseño optimizado de piezas para fabricación por sinterizado por haz de electrones (EBM)

Abstract

[ES] En el presente trabajo se ha buscado alcanzar como objetivo la valoración de la competitividad de las técnicas de optimización topológica en el ámbito de la Fabricación Aditiva y más concretamente del sinterizado por haz de electrones (EBM) frente a técnicas basadas en la iteración de métodos de diseño geométrico por CAD junto a análisis tensional por elementos finitos. Como ejemplo de optimización topológica se tomará el software solidThinking Inspire de la plataforma Altair, como programa CAD, SolidWork y como programa de elementos finitos, Ansys. Y para alcanzar este objetivo se ha tomado como ejemplo las bases del concurso de General Electric “GE jet engine bracket challenge”, consistente en la optimización en peso de un bracket aeronáutico partiendo de una geometría dada y para una serie de casos de carga. La resolución de dicho ejemplo se realizará por dos métodos principales. Uno iterativo basado en SolidWorks-Ansys, y otra basado en el programa de optimización topológica, Inspire. Ya dentro del método topológico, se diferenciarán dos ramas, según la aplicación o no de una restricción geométrica de ángulo de desmoldeo, cuya finalidad será, como se explicará con detalle más adelante, comprobar si la eliminación de soportes necesarios en el proceso de Fabricación Aditiva, a costa de otros factores, puede aun así suponer una reducción de costes finales. Finalmente se expondrán los costes de fabricación asociados a cada una de las vías de diseño, optándose por la segunda, aquella que se realizará a través de Inspire y sin restricción geométrica asociada a ángulo de desmoldeo. Adicionalmente, la preparación para la fabricación posterior de la pieza en EBM servirá para conocer de cerca la idiosincrasia de los procesos de Fabricación Aditiva.

[CAT/VA] En el present treball s'ha buscat assolir com a objectiu la valoració de la competitivitat de les tècniques d'optimització topològica en l'àmbit de la Fabricació Additiva i més concretament del sinteritzat per raig d'electrons (EBM) enfront de tècniques basades en la iteració de mètodes de disseny geomètric per CAD costat de anàlisi tensional per elements finits. Com a exemple d'optimització topològica es prendrà el programari solidThinking Inspire de la plataforma Altair, com a programa CAD, SolidWork i com a programa d'elements finits, Ansys. I per assolir aquest objectiu s'ha pres com a exemple les bases del concurs de General Electric "GE jet engine bracket challenge", consistent en l'optimització en pes d'un bracket aeronàutic partint d'una geometria donada i per a una sèrie de casos de càrrega. La resolució d'aquest exemple es realitzarà per dos mètodes principals. Un iteratiu basat en SolidWorks-Ansys, i una altra basat en el programa d'optimització topològica, Inspire. Ja dins el mètode topològic, es diferenciaran dues branques, segons l'aplicació o no d'una restricció geomètrica d'angle de desemmotllament, amb la finalitat, com s'explicarà amb detall més endavant, comprovar si l'eliminació de suports necessaris en el procés de Fabricació Additiva , a costa d'altres factors, pot tot i així suposar una reducció de costos finals. Finalment s'exposaran els costos de fabricació associats a cadascuna de les vies de disseny, optant per la segona, la que es realitzarà a través d'Inspire i sense restricció geomètrica associada a angle de desemmotllament. Addicionalment, la preparació per a la fabricació posterior de la peça en EBM servirà per conèixer de prop la idiosincràsia dels processos de Fabricació Additiva.