Un Método de Optimización de Forma para el Diseño de Piezas Derivado de las Restricciones de Construibilidad del Proceso de Fabricación Aditiva por Deposición de Energía Dirigida
Autores: Lianos, Andreas K.; Bikas, Harry; Stavropoulos, Panagiotis
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Un Método de Optimización de Forma para el Diseño de Piezas Derivado de las Restricciones de Construibilidad del Proceso de Fabricación Aditiva por Deposición de Energía Dirigida
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Metodologías de diseño
Fabricación aditiva
Piezas
Rendimiento
Distribución de materiales
Fabricabilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Las metodologías de diseño y los algoritmos de forma de piezas para la fabricación aditiva (AM) son campos en rápido crecimiento, que han demostrado ser de crítica importancia para la adopción de la fabricación aditiva de piezas con un rendimiento mejorado en todos los principales sectores industriales. La tendencia actual para el diseño de piezas es un enfoque impulsado por la computación, donde las piezas se transforman algorítmicamente para cumplir con los requisitos funcionales y optimizar el rendimiento en términos de distribución de material. Sin embargo, las restricciones de fabricabilidad de los procesos de AM no se consideran en las fases de diseño primarias, sino en una etapa posterior de la morfología del diseño de la pieza. Este documento propone un método de diseño de AM para asegurar: (1) una distribución de material optimizada basada en el caso de carga y (2) la fabricabilidad de la pieza. Las restricciones de construibilidad de la tecnología de deposición de energía directa (DED) se utilizaron como entrada para el algoritmo de conformación de AM para garantizar una alta fabricabilidad en AM. El primer paso de este trabajo fue definir el término de fabricabilidad en AM, su efecto en la producción de AM y proponer un marco para estimar el valor cuantificado de la fabricabilidad en AM para el diseño de la pieza dado. Además, se propone un método de diseño de AM, basado en las tensiones internas desarrolladas del volumen de construcción para el caso de carga. Se utilizan tensores de tensión para determinar la orientación de construcción y como entrada para la morfología de la pieza. Se utiliza una optimización geométrica mesoscópica de arriba hacia abajo para realizar el diseño de la pieza en AM. Las reglas de Diseño para Fabricación Aditiva (DfAM) se utilizan para delimitar la morfología de la pieza, representando al mismo tiempo la mentalidad de forma libre de la tecnología de AM. La forma morfologizada de la pieza se optimiza en términos de topología y fabricabilidad en AM. Se introduce el indicador de optimización de topología y fabricabilidad en AM (TMI) para evaluar el porcentaje de elementos de diseño que sirven para la optimización de topología y aquellos que sirven para la fabricabilidad en AM. Al final, se realiza un estudio de caso para demostrar el concepto.
Descripción
Las metodologías de diseño y los algoritmos de forma de piezas para la fabricación aditiva (AM) son campos en rápido crecimiento, que han demostrado ser de crítica importancia para la adopción de la fabricación aditiva de piezas con un rendimiento mejorado en todos los principales sectores industriales. La tendencia actual para el diseño de piezas es un enfoque impulsado por la computación, donde las piezas se transforman algorítmicamente para cumplir con los requisitos funcionales y optimizar el rendimiento en términos de distribución de material. Sin embargo, las restricciones de fabricabilidad de los procesos de AM no se consideran en las fases de diseño primarias, sino en una etapa posterior de la morfología del diseño de la pieza. Este documento propone un método de diseño de AM para asegurar: (1) una distribución de material optimizada basada en el caso de carga y (2) la fabricabilidad de la pieza. Las restricciones de construibilidad de la tecnología de deposición de energía directa (DED) se utilizaron como entrada para el algoritmo de conformación de AM para garantizar una alta fabricabilidad en AM. El primer paso de este trabajo fue definir el término de fabricabilidad en AM, su efecto en la producción de AM y proponer un marco para estimar el valor cuantificado de la fabricabilidad en AM para el diseño de la pieza dado. Además, se propone un método de diseño de AM, basado en las tensiones internas desarrolladas del volumen de construcción para el caso de carga. Se utilizan tensores de tensión para determinar la orientación de construcción y como entrada para la morfología de la pieza. Se utiliza una optimización geométrica mesoscópica de arriba hacia abajo para realizar el diseño de la pieza en AM. Las reglas de Diseño para Fabricación Aditiva (DfAM) se utilizan para delimitar la morfología de la pieza, representando al mismo tiempo la mentalidad de forma libre de la tecnología de AM. La forma morfologizada de la pieza se optimiza en términos de topología y fabricabilidad en AM. Se introduce el indicador de optimización de topología y fabricabilidad en AM (TMI) para evaluar el porcentaje de elementos de diseño que sirven para la optimización de topología y aquellos que sirven para la fabricabilidad en AM. Al final, se realiza un estudio de caso para demostrar el concepto.