Metodología para la fabricación hibrida de piezas mecánicas usando optimización topológica

Ramírez González, Eduardo José, Zuluaga Aristizabal, Manuela y Contreras Pérez, Juan David(2022) .Metodología para la fabricación hibrida de piezas mecánicas usando optimización topológica. XV Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica.En: Universidad Politécnica de Madrid. (2022-11-22)

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Nombre Descripción Tipo MIME Size
Abs_324_186355.pdf Metodología para la fabricación hibrida application/pdf 553.00KB

Título de la Conferencia XV Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica
Fecha de inicio de la Conferencia 2022-11-22
Fecha fín de la Conferencia 2022-11-24
Lugar de la Conferencia Universidad Politécnica de Madrid
Fecha de presentación de la Ponencia 2022
Titulo Metodología para la fabricación hibrida de piezas mecánicas usando optimización topológica
Autor(es) Ramírez González, Eduardo José
Zuluaga Aristizabal, Manuela
Contreras Pérez, Juan David
Materia(s) Ingeniería Mecánica
Resumen La impresión 3D ha posibilitado la manufactura de piezas con geometrías complejas, así como abordar una alta flexibilidad en la producción sin incurrir en grandes costos de inversión. Sin embargo, factores como la baja resistencia termo-mecánica, los largos tiempos de fabricación y la limitada exactitud dimensional, han hecho que en aplicaciones donde estos factores sean críticos, la impresión 3D no sea competencia para los métodos tradicionales como el mecanizado CNC y el moldeo por inyección. Previamente se han obtenido resultados importantes en el mejoramiento de la relación peso-resistencia al aplicar optimización topológica en el diseño de piezas para su fabricación con manufactura aditiva, sin embargo, cuando los requerimientos de resistencia mecánica superan las propiedades mecánicas de los termoplásticos disponibles se debe recurrir a estrategias de fabricación que combinen las ventajas de la impresión 3D con las ventajas mecánicas de otros métodos de fabricación y otros materiales de fabricación tales como el mecanizado CNC y el moldeo de materiales compuestos, esta combinación se conoce como fabricación hibrida. De acuerdo con lo anterior, en este proyecto, se presenta una metodología para optimizar la relación peso-resistencia de piezas mediante fabricación hibrida usando optimización topológica. La metodología consiste primero en aplicar la optimización topológica a una pieza que ya cumple con un diseño funcional, a partir del resultado de la optimización topológica se separa la fabricación en dos, primero se realiza un submodelo para impresión 3D a partir de las geometrías que no están asociadas a cargas mecánicas y segundo un submodelo que sería fabricado mediante mecanizado CNC o moldeo con las geometrías que llevan en mayor los esfuerzos a los que se somete la pieza. Seguidamente se diseñar una interfaz que permita combinar ambos submodelos de forma íntegra y se procede a realizar la respectiva fabricación y ensamble. Finalmente se aplica esta metodología en la fabricación de la horquilla de un robot móvil y se evaluar el resultado para la combinación de impresión 3D FDM - mecanizado CNC e impresión 3D FDM y Moldeo de resina.
Abstract 3D printing has made it possible to manufacture parts with complex geometries, as well as to address high flexibility in production without incurring large investment costs. However, factors such as low thermo-mechanical resistance, long manufacturing times and limited dimensional accuracy have meant that in applications where these factors are critical, 3D printing is not a match for traditional methods such as CNC machining and injection molding. Previously, important results have been obtained in the improvement of the weight-resistance relationship by applying topological optimization in the design of parts for their manufacture with additive manufacturing, however, when the mechanical resistance requirements exceed the mechanical properties of the available thermoplastics, it is necessary to resorting to manufacturing strategies that combine the advantages of 3D printing with the mechanical advantages of other manufacturing methods and other manufacturing materials such as CNC machining and composite molding, this combination is known as hybrid manufacturing. In accordance with the above, in this project, a methodology is presented to optimize the weight-resistance ratio of parts through hybrid manufacturing using topological optimization. The methodology consists first of applying the topological optimization to a piece that already complies with a functional design, from the result of the topological optimization the manufacturing is separated into two, first a submodel is made for 3D printing from the geometries that are not associated with mechanical loads and secondly, a submodel that would be manufactured by CNC machining or molding with the geometries that bear the greatest stresses to which the part is subjected. Next, an interface is designed that allows both submodels to be fully combined and the respective manufacturing and assembly is carried out. Finally, this methodology is applied in the manufacture of a mobile robot fork and the result is evaluated for the combination of 3D FDM printing - CNC machining and 3D FDM printing and resin molding.
Palabra clave Fabricación hibrida
impresión 3D
Optimización topológica
Editor(es) Universidad Nacional de Educación a Distancia (España)
Universidad Politécnica de Madrid. Departamento de Ingeniería Mecánica
Fecha 2022
Formato application/pdf
Identificador bibliuned:congresoCIBIM-2022UPMEspana-Ejramirez
https://doi.org/10.5944/bicim2022.227
http://e-spacio.uned.es/fez/view/bibliuned:congresoCIBIM-2022UPMEspana-Ejramirez
Idioma spa
Versión de la publicación publishedVersion
Nivel de acceso y licencia http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
info:eu-repo/semantics/openAccess
Tipo de recurso conferenceObject
Tipo de acceso Acceso abierto

 
Versiones
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Creado: Tue, 24 Jan 2023, 18:52:35 CET