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Un enfoque frugal hacia la modelización de defectos en la impresión 3D de metal a través de métodos estadísticos en el análisis de elementos finitos

Autores: Raya, Antonio Martínez; Braun, Matías; Carrasco-Garrido, Cristina; González-Albuixech, Vicente F.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Un enfoque frugal hacia la modelización de defectos en la impresión 3D de metal a través de métodos estadísticos en el análisis de elementos finitos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería de Sistemas

Palabras clave

Metal
Fabricación aditiva
Defectos
Porosidad
Vida útil a fatiga
Método de elementos finitos

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 22

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La fabricación aditiva de metal ha surgido como una tecnología revolucionaria para la fabricación de componentes de alta complejidad. Sin embargo, esta técnica presenta desafíos únicos relacionados con la integridad estructural y la resistencia final de las piezas producidas debido a defectos inherentes, como porosidad, grietas y desviaciones geométricas. Estos defectos impactan significativamente la vida útil a fatiga del material al actuar como concentradores de esfuerzos que aceleran la falla bajo cargas cíclicas. Por un lado, este tipo de modelo es muy complicado en su enfoque, ya que, incluso con resultados alentadores, la complejidad del cálculo con estas variables dificulta obtener un resultado simple que permita una interpretación generalizada. Por otro lado, utilizando métodos más familiares, es posible adivinar cualitativamente el comportamiento que ayuda a obtener resultados con mejor aplicabilidad, incluso a niveles limitados de precisión. Este artículo presenta un método simplificado de elementos finitos combinado con un enfoque estadístico para modelar la presencia de porosidad en componentes metálicos producidos por fabricación aditiva. El modelo propuesto considera una placa cuadrada bidimensional sometida a esfuerzo de tracción, con defectos introducidos aleatoriamente caracterizados por tamaño, forma y orientación. El porcentaje de porosidad que afecta cada aspecto determina el ajuste de las propiedades mecánicas de los elementos finitos. Se realizaron una serie de simulaciones para generar múltiples modelos con distribuciones de defectos aleatorios para estimar los valores de esfuerzo máximo. Este enfoque demuestra que modelos complejos no siempre son necesarios para una estimación práctica preliminar de los efectos de nuevas técnicas de fabricación. Además, demuestra el potencial para la extensión de técnicas computacionales frugales, que tienen como objetivo minimizar costos computacionales y experimentales en el campo de la ingeniería. El artículo discute las futuras direcciones de investigación, particularmente aquellas relacionadas con posibles aplicaciones comerciales, incluidos usos comerciales. Esto sigue a una discusión de las limitaciones existentes de este estudio.

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