TRABAJO FINAL DE GRADO VALORACIÓN DE METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO DE PIEZAS PARA FABRICACIÓN POR SINTERIZADO POR HAZ DE ELECTRONES (EBM)

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1 TRABAJO FINAL DE GRADO VALORACIÓN DE METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO DE PIEZAS PARA FABRICACIÓN POR SINTERIZADO POR HAZ DE ELECTRONES (EBM)

2 MOTIVACIÓN Necesidad de piezas mecánicas con geometrías complejas
Matricería vs Fabricación Aditiva AIDIMME SolidWorks + Ansys vs Optimización Topológica (Inspire) GE jet engine bracket challenge

3 INDICE ANTECEDENTES METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO
1.1. Conceptos generales de la fabricación aditiva (FA) 1.2. Características del Sinterizado por Haz de Electrones 1.3. Descripción detallada del proceso de sinterizado 1.4. Diseño para fabricación aditiva (enfocado al EBM) 1.5. Bases de concurso de General Electric METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO 2.1. Ansys-SolidWorks 2.2. Inspire PROCESOS CAD DE PREPARACIÓN DE LA PIEZA CONCLUSIONES

4 ANTECEDENTES: 1.1. Conceptos generales
Definición y características Aplicaciones

5 ANTECEDENTES: 1.1. Conceptos generales
Contexto de la fabricación aditiva

6 ANTECEDENTES: 1.2. Características del sinterizado por haz de electrones
Partes de la Arcam A2 (exterior)

7 Partes de la Arcam A2 (interior)
ANTECEDENTES: Características del sinterizado por haz de electrones Partes de la Arcam A2 (interior)

8 ANTECEDENTES: 1.3. Descripción detallada del proceso de sinterizado
Ejemplo de fabricación de hélice de turbina

9 ANTECEDENTES: 1.4. Diseño para fabricación aditiva (enfocado al EBM)
Relación de costes POSTPROCESOS

10 ANTECEDENTES: 1.4. Diseño para fabricación aditiva (enfocado al EBM)
Factores clave por tecnología y material: Z de fabricación Soportes Apilabilidad y Compactación

11 ANTECEDENTES: 1.4. Diseño para fabricación aditiva (enfocado al EBM)
Fases del diseño para fabricación aditiva Fase 1: mínimo volumen de material posible Fase 2: creces dimensionales correspondientes y los amarres necesarios para este mecanizado Fase 3: posición de fabricación en Z para mayor compactación y apilabilidad Fase 4: ¿modificar la geometría sin perder eficiencia, para aún mejor compactación y apilabilidad? Fase 2

12 ANTECEDENTES: 1.5. Bases de concurso de General Electric
Límite elástico= 903 Mpa Problema elástico lineal

13 METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO: 2.1. Ansys-SolidWorks
Estructura básica, distribución de flectores, forma convexa Se empieza con el modelo 0 analizándolo en Ansys 4 casos de carga no simultáneos, implica en Ansys 4 problemas de carga diferentes Con los 4 diagramas de tensiones en pantalla, se eliminan en SolidWorks las zonas poco tensionadas comunes Se obtiene el modelo 1 Repetir hasta que relación “reducción de masa vs tiempo de iteración” sea desproporcionada…….modelo 6 Comprobación de modelo 6 en Ansys

14 METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO: 2.1. Ansys-SolidWorks
Evolución de los diseños

15 METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO: 2.2. Inspire
Ensamblaje de parte optimizable con partes no optimizables (casquillos)

16 METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO: 2.2. Inspire
Asignación de características del material (Ti-64) Optimización en peso en un solo cálculo para 4 casos de carga no simultáneos Dos vías diferentes: Sin restricción geométrica Con plano de desmoldeo. Motivos

17 METODOLOGÍAS DE DISEÑO OPTIMIZADO: 2.2. Inspire
Polynurb: sólido de superficies suaves inscrito en un paralelepípedo, legibles por cualquier CAD

18 PROCESOS CAD DE PREPARACIÓN DE LA PIEZA
Magics Z de fabricación Soportes

19 PROCESOS CAD DE PREPARACIÓN DE LA PIEZA
NETFABB: apilamiento y compactación

20 σVMMax < 903 MPa (Condición indispensable)
CONCLUSIONES Criterios y resultados. Elección Pieza 1: Ansys-SolidWorks Pieza 2: Inspire (sin restricción geométrica) Pieza 3: Inspire (con plano de desmoldeo) σVMMax < 903 MPa (Condición indispensable) Masa Precio/unidad PIEZA 1 861MPa < 903 MPa CUMPLE 0´5739 kg 656´87 €/unidad PIEZA 2 829MPa< 903 MPa CUMPLE 0´3568 kg 455´40 €/unidad PIEZA 3 488MPa< 903 MPa CUMPLE 1´0521 kg 948´61 €/unidad

21 CONCLUSIONES Programas de Optimización Topológica frente a programas CAD y de análisis por elementos finitos Ventajas Tiempo de diseño menor, modificaciones mucho más optimizadas en peso Piezas mucho mejor ajustadas a los requisitos mecánicos del cliente Menor volumen, mejor apilabilidad y compacticidad en la cámara de fabricación, menor coste por unidad Desventajas Adaptación geométrica en lugar de optimización en peso, la optimización topológica pierde su ventaja

22 RUEGOS Y PREGUNTAS