Estudio numérico para la fabricación aditiva de un componente optimizado topológicamente

Abstract

La optimización topológica, desde sus orígenes hasta fechas muy cercanas a la actualidad, ha sido tratada como un proceso conceptual y teórico con el que se conseguían diseños de estructuras y sólidos que requerían una menor utilización de material pero que, debido a su compleja geometría, estos diseños no se podían llevar a la realidad. El desarrollo de nuevas técnicas de fabricación tales como la fabricación aditiva y la impresión 3D han abierto un campo de investigación para llevar a cabo la manufactura de dichos diseños complejos que hasta hace poco tiempo eran conceptuales. Este hecho, sumado al crecimiento exponencial de herramientas informáticas capaces de simular estas nuevas técnicas, ha contribuido a mejorar la fase de diseño de estructuras y sólidos ya que se podrían conocer los resultados que se obtendrían partiendo de unas condiciones determinadas. En este proyecto se llevará a cabo ese estudio numérico previo a la fabricación real de una pieza que ha sido optimizada topológicamente, en el cuál se incluye un análisis de la influencia de los parámetros del proceso de fabricación SLM considerados más determinantes, un análisis de los postratamientos que habría que realizar para mejorar los resultados obtenidos directamente de la fabricación y un análisis de la integridad estructural de la pieza tras la fabricación para verificar su funcionalidad. Todas las decisiones que se han tomado en el desarrollo del proyecto han ido en vías de conseguir dicha integridad estructural.

Topological optimisation, from its origins until very close to the present day, has been treated as a conceptual and theoretical process with which designs of structures and solids were achieved that required less use of material but that, due to their complex geometry, these designs could not be put into practice. The development of new manufacturing techniques such as additive manufacturing and 3D printing has opened up a field of research to carry out the manufacture of such complex designs that until recently were conceptual. This fact, added to the exponential growth of computer tools capable of simulating these new techniques, has contributed to improving the design phase of structures and solids, as the results that would be obtained under certain conditions could be known. In this project, this numerical study will be carried out prior to the actual manufacture of a solid that has been topologically optimised, which includes an analysis of the influence of the SLM manufacturing process parameters considered most decisive, an analysis of the post-treatments that would have to be carried out to improve the results obtained directly from the manufacture and an analysis of the structural integrity of the part after manufacture to verify its functionality. All the decisions taken in the development of the project have been aimed at achieving this structural integrity.