Modelos experimentales numéricos y asistidos por máquina para simular la conformidad 3D de un cepillo de dientes
Autores: Cirelli, Marco; Cellupica, Alessio; D"Angelo, Luca; Mazur, Marta; Valentini, Pier Paolo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelos experimentales numéricos y asistidos por máquina para simular la conformidad 3D de un cepillo de dientes
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Temas discutidos
Diseño del cepillo de dientes
Fuerza de contacto
Cerdas
Simulación numérica
Modelo multibody
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 34
Citaciones: Sin citaciones
Uno de los temas más discutidos en el diseño de cepillos de dientes es identificar la fuerza de contacto ejercida por las cerdas sobre los dientes. Cada cerda debe generar una fuerza de contacto para asegurar la limpieza dental sin dañarla. La simulación numérica es una herramienta muy poderosa para entender la influencia de los parámetros de diseño (forma y materiales de las cerdas). Este artículo propone un modelo multibody flexible para simular de manera eficiente la conformidad 3D de un cepillo de dientes. Cada cerda se modela utilizando un enfoque discreto y flexible. El contacto entre las cerdas y la superficie objetivo se establece utilizando el método de contacto por penalización. Se ha montado un banco de pruebas experimental con un Robot Universal y una superficie plana y transparente. La validación se proporciona comparando las fuerzas de reacción del cepillo de dientes con las fuerzas de reacción adquiridas por las celdas de carga montadas en el efector final del Robot. Los resultados demuestran la precisión en la estimación de fuerzas normales y tangenciales en diversas situaciones de operación. La técnica multibody discreta y flexible también ha demostrado su viabilidad para evaluar el desplazamiento de las cerdas cuando el cuerpo base del cepillo de dientes se somete a un movimiento específico, incluso cuando se expone a un cambio repentino de dirección. Como resultado, el modelo puede ser utilizado de manera efectiva para evaluar qué tan bien diversas clases de cepillos eliminan la placa dental. Por lo tanto, el modelo sugerido podría proporcionar orientación para la modelización holística y avances en el diseño de cepillos de dientes para aumentar su efectividad en la limpieza a fondo.
Descripción
Uno de los temas más discutidos en el diseño de cepillos de dientes es identificar la fuerza de contacto ejercida por las cerdas sobre los dientes. Cada cerda debe generar una fuerza de contacto para asegurar la limpieza dental sin dañarla. La simulación numérica es una herramienta muy poderosa para entender la influencia de los parámetros de diseño (forma y materiales de las cerdas). Este artículo propone un modelo multibody flexible para simular de manera eficiente la conformidad 3D de un cepillo de dientes. Cada cerda se modela utilizando un enfoque discreto y flexible. El contacto entre las cerdas y la superficie objetivo se establece utilizando el método de contacto por penalización. Se ha montado un banco de pruebas experimental con un Robot Universal y una superficie plana y transparente. La validación se proporciona comparando las fuerzas de reacción del cepillo de dientes con las fuerzas de reacción adquiridas por las celdas de carga montadas en el efector final del Robot. Los resultados demuestran la precisión en la estimación de fuerzas normales y tangenciales en diversas situaciones de operación. La técnica multibody discreta y flexible también ha demostrado su viabilidad para evaluar el desplazamiento de las cerdas cuando el cuerpo base del cepillo de dientes se somete a un movimiento específico, incluso cuando se expone a un cambio repentino de dirección. Como resultado, el modelo puede ser utilizado de manera efectiva para evaluar qué tan bien diversas clases de cepillos eliminan la placa dental. Por lo tanto, el modelo sugerido podría proporcionar orientación para la modelización holística y avances en el diseño de cepillos de dientes para aumentar su efectividad en la limpieza a fondo.