Diseñar con un propósito: introducción a las estructuras Lattice (celosías)

Vivimos en una revolución industrial llena de avances tecnológicos. El mundo del diseño está cambiando y camina hacia la sostenibilidad y a reducir el impacto ambiental. Esta revolución es omnipresente en todas las industrias, especialmente en los sectores de Automoción, Aeroespacial, Energético y Biomédico.

Todos estos sectores tienen una característica común: la fabricación. La clave para diseñar con un propósito es garantizar procesos de fabricación sostenibles. Aquí es donde Siemens Digital Industries Software capacita a los usuarios para que avancen en proyectos al proporcionar nuevas herramientas innovadoras para modernizar sus soluciones y procesos. El software de Siemens está a la vanguardia de la innovación sostenible gracias al desarrollo de un flujo de trabajo completo del ciclo de vida de la fabricación aditiva que puede convertir sus ideas en realidad en tiempos récord.

Esto es posible con el uso del diseño NX actualizado para funciones de fabricación aditiva, la integración de Multimechanics, simulaciones mejoradas y el desarrollo continuo de HEEDS (un software de exploración y optimización del espacio de diseño). Este artículo es el primero de cinco que destacarán el flujo de trabajo del ciclo de vida completo con el que Siemens equipa a sus usuarios para diseñar con un propósito.

La primera herramienta que empodera a los usuarios de NX son las capacidades recientemente mejoradas de diseño de estructuras Lattice (celosía). Ubicado en NX Design for Additive, este módulo adicional opcional para NX permite a los usuarios agilizar la creación de estructuras Lattice complejas. Inspiradas en formaciones cristalinas naturales, las estructuras Lattice son una disposición repetida de microestructuras bidimensionales o tridimensionales.

Estas microestructuras contienen una red que contiene vigas, también llamadas puntales, y nodos o bolas. Con el aumento de las tecnologías de fabricación aditiva, las técnicas de estructura de celosía están creciendo en funcionalidad y popularidad. La naturaleza sintonizable de las estructuras lattice permite a los ingenieros perfeccionar los diseños para adaptarlos a su aplicación.

La integración de las estructuras lattice en el diseño permite una reducción de masa significativa, lo que reduce los costes asociados con los recursos necesarios, los procedimientos de herramientas, el envío y el consumo de energía. Si bien la fabricación aditiva reduce el desperdicio de material al eliminar la necesidad de subproductos de herramientas adicionales, la incorporación de estructuras lattice en el diseño permite una mayor conservación del material debido a la porosidad. Los diseños están diseñados para un rendimiento debido a que las estructuras lattice tienen baja rigidez y la capacidad de soportar y recuperar grandes esfuerzos. Protegen los productos ayudando a absorber la energía del impacto y las vibraciones.

La relación resistencia-peso se puede mejorar significativamente, y la integridad estructural/vida de fatiga se puede mejorar mediante simulación virtual y pruebas de materiales de los diseños utilizando Multimecánica y HEED, que se explorarán en artículos futuros.

Al conocer los beneficios que las técnicas estructuras lattice agregan a los diseños, Siemens NX equipa a los usuarios con tres conjuntos de comandos: estructuras basadas en gráficos, estructuras de celosía corporal y estructuras de superficie mínima triplemente periódicas. Cada uno tiene un propósito único y posee beneficios individuales. Las estructuras lattice con celdas unitarias basadas en superficies mínimas periódicas triples (TPMS) están libres de autointersecciones y tienen topologías generadas por ecuaciones matemáticas. Ejemplos de tales estructuras incluyen el giroide de Schoen, el diamante de Schwarz y Neovius. Las estructuras TPMS suelen ser autosuficientes y proporcionan una gran absorción de energía. A continuación, en la Figura 1, se pueden ver algunos ejemplos de estructuras de TPMS.

Ejemplos de tales estructuras incluyen el giroide de Schoen, el diamante de Schwarz y Neovius. Las estructuras TPMS suelen ser autosuficientes y proporcionan una gran absorción de energía. A continuación, en la imagen, se pueden ver algunos ejemplos de estructuras de TPMS.

Las estructuras lattice del cuerpo permiten a los usuarios crear su propio patrón repetitivo tridimensional dentro de una pieza. Esta opción permite flexibilidad de diseño y fácil personalización. Un ejemplo de estructuras de celosía corporal se puede ver a continuación en la imagen.

Las estructuras basadas en gráficos son el tipo de celosía más pensado, y consisten en configuraciones de ballestas y puntales teselados. Hay muchos arreglos de celdas y cada uno tiene propiedades térmicas. A continuación, en la imagen, se pueden ver algunos ejemplos.

Ahora que ha visto lo simple que es la creación de estructuras de celosía avanzadas en NX, podrá diseñar con un propósito y modernizar los procesos de fabricación.

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