• Estructuras más ligeras con AM/3DP (TRANSPORT)

Martes, 20 Abril, 2021
IQS Tech Transfer

Elemento estructural impreso en 3D y optimizado topológicamente. Sometido a un ensayo de carga.

TRANSPORT ha sido uno de los proyectos acreditados dentro de la estrategia RIS3CAT-Llavors3D, promovida por la Generalitat de Catalunya como estrategia de investigación e innovación para la especialización inteligente de Cataluña, donde la impresión 3D es la protagonista y un claro ejemplo de tecnología transversal e innovadora. El proyecto ha concluido recientemente y en él han participado tanto empresas del sector del transporte, como centros universitarios y de investigación, como es el caso de IQS.

El objetivo principal de TRANSPORT ha sido la implementación y adopción de la fabricación aditiva – AM/3DP – en la industria del transporte ferroviario, donde los vehículos son muy pesados y resulta necesario aligerar ciertas piezas con la introducción de nuevos materiales. Se plantearon una serie de tareas para conseguir siete demostradores fabricados con impresión 3D, correspondientes a piezas de uso habitual en vagones de transporte ferroviario, que se utilizan para el confort de los pasajeros o para la protección de sistemas de los vagones, y que están realizadas con materiales poliméricos o con aleaciones de aluminio. Para cada demostrador, se definió una hoja de ruta de diseño, modelado, fabricación y validación experimental, con ensayos de dureza, acabados, etc.

Participación de IQS

Aportando su experiencia y conocimiento en el ámbito de la fabricación aditiva (AM/3DP), investigadores del Grupo de Ingeniería de Productos Industriales – GEPI – y del Grupo de Ingeniería de Materiales – GEMAT - de IQS School of Engineering, liderados por el Dr. Guillermo Reyes, han participado y colaborado en todas las tareas que han integrado el proyecto TRANSPORT, como son: definición de especificaciones, diseño de las piezas, estudio y selección de los materiales, procesos de consolidación, procesos de acabado y ensayos de verificación y validación.

Cabe destacar que, en concreto, el grupo de IQS ha liderado la tarea de “Definición de los requerimientos de las herramientas de diseño”, dentro de la actividad de definición previa de especificaciones. Así mismo, IQS ha liderado dos de las tareas planteadas: “Desarrollo de modelos numéricos para la simulación de piezas ‘lattice’ fabricadas por AM/3DP” y “Optimización de estructuras tipo ‘lattice’ funcionales”, dentro de la actividad de diseño.

Dentro de la tarea de “Optimización de estructuras tipo “lattice” funcionales”, los investigadores de IQS han sido también los responsables de la preparación del correspondiente entregable (o documentación de las metodologías de resultados): Optimización de estructuras de celosía para aligerar piezas, donde se describe la metodología para modificar el diseño de piezas mediante la AM, y cómo cambia este tipo de diseño frente a los procesos de fabricación tradicional.

Los resultados obtenidos han generado diversas publicaciones 123  en revistas especializadas.

Estructuras con celosía o tipo ‘lattice’

Las estructuras con celosía se han utilizado desde las civilizaciones antiguas de Egipto y Grecia. Su uso se incrementó con el auge de la primera revolución industrial, pero su uso se frenó debido a la dificultad para obtenerlos por métodos de fabricación tradicionales (sustractivos y conformativos) y por el elevado coste asociado. La fabricación aditiva ha permitido fabricar geometrías complejas con una dificultad tecnológica similar a la de generar volúmenes sólidos de material. Como consecuencia, se ha producido un desarrollo importante en su utilización en componentes aligerados.

El término “lattice” hace referencia a materiales celulares de diseño – material que precisa un volumen en su interior (generando huecos donde no se necesita) – que forman una geometría tridimensional de estructuras con barras interconectadas mediante nodos. Estas celosías se suelen utilizar en aplicaciones de AM para dar rigidez a una superficie de poco espesor, conocida como piel, o para rellenar un volumen. Su generación ha sido posible gracias al software nTop Platform de reciente creación, para dar respuesta a esta necesidad de modelar numérica y geométricamente estos materiales para aplicaciones en AM. 

 

  1 Role of infill parameters on the mechanical performance and weight reduction of PEI Ultem processed by FFF. Forés-Garriga, A., Pérez, M.A., Gómez-Gras, G., Reyes-Pozo, G.,  Materials and Design, 2020, 193, 108810.

2  Mechanical study on the impact of an effective solvent support-removal methodology for FDM Ultem 9085 parts.  Chueca de Bruijn, A., Gómez-Gras, G., Pérez, M.A. , Polymer Testing, 2020, 85, 106433.

3  Experimental study on the accuracy and surface quality of printed versus machined holes in PEI Ultem 9085 FDM specimens. Gómez-Gras, G., Pérez, M.A., Fábregas-Moreno, J., Reyes-Pozo, G., Polymer Testing, 2020, 85, 106433.