Caso de éxito de 3DEXPERIENCE en Extreme Analyses Engineering
Extreme Analyses Engineering se especializa en servicios de diseño e ingeniería para el sector de parques de atracciones. La empresa italiana cambió la forma tradicional de trabajo en el sector, la firma aprovechó la plataforma 3DEXPERIENCE en la nube, simulación y manufactura aditiva para crear nuevas formas de piezas de montaña rusa.
Construir una montaña rusa impresa en 3D
Una montaña rusa es uno de esos lugares donde se pueda convencer a la gente para que haga cola y espere durante horas a cambio de una experiencia de dos minutos. Se sabe que los buscadores de emociones hacen colas de hasta 10 horas para disfrutar de la adrenalina que supone lanzarse a través de curvas cerradas y espirales y descender por caídas verticales. Los operadores de los parques temáticos buscan crear cada vez más atracciones extremas que atraigan a más visitantes a sus parques.
Pero crear estas emociones tiene un alto precio. Teniendo en cuenta que desarrollar una montaña rusa puede costar hasta 300 millones de dólares, los propietarios de parques de atracciones deben estar seguros de que un nuevo diseño funcione antes de comprometerse a construirlo. De hecho, el importante nivel de inversión de capital es uno de los mayores obstáculos para crear atracciones más grandes, rápidas e imaginativas. Pero ya hay un cambio en el horizonte.
Simone Bernardini es el CEO de la empresa italiana de ingeniería de parques de atracciones, Extreme Analyses Engineering. El cree que la simulación combinada con la manufactura aditiva es la clave para reducir los costos de desarrollo y funcionamiento de las montañas rusas. La firma ya está utilizando la plataforma 3DEXPERIENCE para conseguirlo.
"Gracias a las experiencias de gemelos virtuales, podemos realizar un nuevo concepto y virtualmente crear y probar un prototipo para determinar cómo se comportará una atracción antes de construirla", comenta Bernardini. "La simulación que ejecutamos recrea con precisión las condiciones reales y apoyar la toma de decisiones. Y aunque la manufactura aditiva es un proceso nuevo y requiere mucha experiencia y conocimientos para garantizar que las atracciones funcionen como deben, el resultado de usarla mejora considerablemente el rendimiento operativo. Las partes se fabrican de forma diferente y se hacen con materiales compuestos más ligeros. Tenemos la libertad para crear nuevas geometrías y reducir el material que utilizamos, sin afectar la integridad estructural y sin las limitaciones de manufactura. Esto es imperativo para cumplir las normas de seguridad".
Nuestros métodos de diseño topológico y producción con manufactura aditiva están patentados. La plataforma es clave en este caso, ya que ofrece un método de control supervisado del diseño y la producción de componentes estructurales por fabricación aditiva. Simone Bernardini, CEO de Extreme Analyses Engineering
Asociarse para innovar
En 2019, Bernardini se puso en contacto con el Laboratorio de Herramientas y Métodos de Diseño en Ingeniería Industrial de la Universidad de Padua, Italia, para que le ayudaran a hacer realidad su visión. El objetivo era desarrollar un nuevo proceso de manufactura aditiva y una metodología para determinar su potencial para crear de forma eficiente una pieza de montaña rusa que cumpliera las normas de seguridad del sector. El equipo de la Universidad de Padua participó en el diseño de las piezas con una nueva metodología.
En primer lugar, Extreme Analyses Engineering necesitaba determinar qué tecnología utilizar para apoyar el proyecto. La empresa consultó a su proveedor de tecnología de confianza, Exemplar, un distribuidor de Dassault Systèmes, especificando la necesidad de una plataforma que reuniera toda la funcionalidad requerida en un solo lugar.
"No queríamos tener que transferir datos entre aplicaciones, arriesgándonos a perder información e inteligencia por el camino", dijo Bernardini. "Queríamos gestionar toda la comunicación en un único lugar y ahí es donde surgió la plataforma 3DEXPERIENCE. Ya utilizábamos SOLIDWORKS para el diseño y habíamos empezado a explorar SIMULIA para la simulación. Nuestro objetivo era conseguir la automatización de los procesos y eliminar la lentitud de los análisis".
En la actualidad, Extreme Analyses Engineering utiliza la plataforma 3DEXPERIENCE en la nube con SOLIDWORKS, SIMULIA y ENOVIA para dar vida a su visión de manufactura aditiva.
"El equipo de la Universidad de Padua participó en el diseño de las piezas y en la verificación de la calidad del proceso de manufactura aditiva", dijo Bernardini. "Probaron cómo embonaba 3DEXPERIENCE con nuestros procesos y determinaron si se adaptaba a nuestras necesidades. Este equipo también adoptó la plataforma como entorno estándar para la formación en su laboratorio.”
El Parque Tecnológico y Científico de Verona fue otro socio clave en el proyecto de Simone Bernardini: han apoyado el proceso de validación del prototipo impreso 3D.
Extreme Analyses Engineering optó por una versión en la nube de la plataforma 3DEXPERIENCE por tres razones fundamentales: costo, flexibilidad y escala.
"Elegimos la nube por el ahorro de costos, sobre todo al principio", señala Bernardini. "Sólo queríamos hacer una pequeña inversión inicial, sin arriesgar mucho. Además, la plataforma en la nube es más flexible y ofrece los requisitos computacionales de alto rendimiento que necesitamos, aumentando su capacidad en la medida en que lo necesitemos."
Extreme Analyses Engineering consiguió que la plataforma 3DEXPERIENCE funcionara para su negocio, en colaboración con la universidad, Exemplar y Dassault Systèmes.
"Nuestra alianza con la universidad nos abrió la mente y nos empujó a innovar", dijo Bernardini. "Juntos, aumentamos la calidad del producto y trajimos a un estudiante de ingeniería con la experiencia en software y los conocimientos técnicos que necesitábamos. Exemplar también desempeñó un papel fundamental. La plataforma es una aplicación muy rica y nos ayudaron a entender cómo utilizarla para nuestras necesidades específicas. Estamos en contacto diario con su oficina de soporte técnico. Nos han permitido reducir el tiempo de desarrollo y mejorar nuestro sistema".
Definición y puesta en marcha de la fase de optimización de la topología del rocker-bogie en la plataforma 3DEXPERIENCE.
Acelerar el desarrollo y ahorrar costos
Bernardini y su equipo consiguieron reducir a la mitad el tiempo necesario para desarrollar nuevas piezas para la montaña rusa al utilizar simulación y manufactura aditiva, así mismo optimizaron el rendimiento de la atracción.
"Con la simulación y la impresión 3D, se tarda entre tres y cuatro meses en crear un tren", explica Bernardini. "Con el método tradicional se tarda el doble y se consume mucha más energía. Calculamos que nuestros clientes pueden ahorrar alrededor de un 30% en costos de desarrollo y funcionamiento. Somos mucho más rápidos desde la ideación hasta la producción".
El equipo comenzó utilizando la plataforma 3DEXPERIENCE para diseñar e imprimir en 3D el asiento de un tren de montaña rusa.
"Si se reduce el peso de los componentes individuales, se reduce el peso de todo el tren y eso supone un ahorro de energía y de costos", explicó Bernardini. "No se necesita un motor tan grande para impulsar el tren y también es más fácil frenar. En comparación con un modelo de asiento estándar, se redujo el peso en un 30%. Pudimos conseguir reducir el 65% de la masa de las piezas móviles del tren y 30% de la estructura de soporte".
Al desarrollar un vagón entero para una montaña rusa antigravedad, Extreme Analyses Engineering ha demostrado lo ligeras que pueden ser las piezas con este nuevo enfoque de diseño.
"Modelamos todas las restricciones geométricas y dimensionales", comenta Bernardini. "La plataforma 3DEXPERIENCE nos dio el espacio de diseño para crear cada pieza en su contexto, teniendo en cuenta las piezas que ya existen y que no cambiarán, y llevar a cabo la optimización topológica. Luego creamos un escenario para la física, como la carga y la velocidad. También utilizamos la plataforma para validar la rigidez antes de crear el modelo final. Conseguimos reducir el bogie de 95.7 kilos a sólo 24.3 kilos". El hecho de que las piezas móviles de la montaña rusa sean más ligeras permitirá reducir también los costos de mantenimiento.
"El peso de cada rueda es mucho menor, por lo que hay que sustituir las piezas con menos frecuencia", dijo Bernardini. "Y con la capacidad de imprimir 3D componentes se pueden retirar las piezas defectuosas y sustituirlas sin tener que cambiar todo el tren".
Simulación de seguridad
Las normas internacionales de seguridad son fundamentales para garantizar que los diseñadores y fabricantes de montañas rusas ofrezcan la máxima calidad de diseño, ingeniería y producción. Estas normas les obligan a realizar análisis de elementos finitos, análisis dinámicos, cálculos de riesgos y peligros. También deben diseñar el mantenimiento para optimizar la vida útil de la montaña rusa.
"Exemplar nos ayudó a definir la metodología FKM (una guía para analizar la resistencia de los componentes mecánicos establecida por la Asociación Alemana de Investigación de Ingeniería Mecánica) en la plataforma 3DEXPERIENCE para garantizar que todo el trabajo en cada fase del desarrollo del producto se realice de acuerdo con las mejores prácticas del sector", dijo Bernardini. "Nuestro proceso es el siguiente: creación del modelo en CAD, optimización del método de elementos finitos, reconstrucción del modelo, validación del modelo de elementos finitos y modelo final.
"Normalmente, un cliente nos presenta un dibujo en 2D y nosotros utilizamos SOLIDWORKS para convertirlo en un modelo 3D", añade Bernardini. "Las capacidades POWER'BY de ENOVIA nos permiten conectar fácilmente SOLIDWORKS a la plataforma 3DEXPERIENCE. Es una gran aplicación. Si modificamos algo en SOLIDWORKS, se actualiza automáticamente en la plataforma".
A continuación, Extreme Analyses Engineering optimiza el diseño mediante SIMULIA.
"Creamos la validación preliminar y comprobamos la estructura usando la simulación de SIMULIA", explica Bernardini. "El modelo 3D final esta listo por nuestra parte después de la optimización, reconstrucción y validación. Hacemos muchas cosas en la plataforma, incluidos los análisis fotográficos. También probamos virtualmente diferentes materiales y decidimos por la aleación de aluminio AISi10Mg y el acero. Es un material ya probado y ligero".
La forma conceptual (en color gris) muestra el resultado del espacio de diseño optimizado y cómo se ajusta al modelado geométrico - las NURBS (en color azul)
Flujos de trabajo patentados
Extreme Analyses Engineering tiene tres patentes relacionadas con su proyecto de manufactura aditiva: una por el diseño, otra por la forma especial del asiento de la atracción y otra por la metodología de producción alineada con las normas de calidad, todas ellas manejadas dentro de la plataforma 3DEXPERIENCE.
"Nuestros métodos de diseño topológico y producción con fabricación aditiva están patentados", dijo Bernardini. "La plataforma es clave en este caso, ya que ofrece un método de control supervisado para la gestión del diseño y la producción de componentes estructurales por impresión 3D".
Bernardini explicó con más detalle lo que abarca la patente de producción: "En nuestro flujo de trabajo de fabricación, cada proceso debe cumplir unos criterios establecidos, incluidos los requisitos mínimos y la competencia del operario de la máquina. En la plataforma 3DEXPERIENCE, definimos lo que hará la máquina de impresión 3D y nos aseguramos de que la producción siga exactamente la simulación. También establecimos comprobaciones de post proceso relacionadas con la producción y la topología, como la verificación de la densidad y porosidad de las piezas".
Extreme Analyses Engineering también gestiona todos los documentos de certificación de seguridad con ENOVIA dentro de la plataforma 3DEXPERIENCE.
"Cada pieza que fabricamos lleva adjunta toda la documentación de certificación, que documenta cada paso", explica Bernardini. " En ENOVIA dentro de la plataforma 3DEXPERIENCE se aloja la información del sistema de producción, registrando todas las capas impresas en 3D. Toda la información intercambiada entre la plataforma y la impresora queda registrada".
Una nueva forma de crear montañas rusas
Hasta ahora la impresión 3D se ha utilizado en gran medida para la producción de prototipos y no para la fabricación de piezas finales. Pero Bernardini cree que tiene el potencial de hacer ambas cosas.
"La manufactura aditiva siempre tiende a utilizarse para la creación de prototipos, pero está preparada para la producción completa", dijo. "La tecnología no deja de mejorar y las impresoras 3D más avanzadas podrán producir más rápido y abaratar los costos".
Hay planes para crear una nueva empresa dentro de Extreme Analyses Engineering para explorar métodos de producción innovadores.
"La empresa se centrará en la manufactura aditiva", dijo Bernardini. "Utilizaremos la plataforma 3DEXPERIENCE para gestionar nuevos procesos de producción que adopten los conceptos de la Industria 4.0, creando formas de trabajo conectadas desde el diseño del modelo 3D hasta la producción. Nuestro objetivo es crear las piezas finales de la montaña rusa y ensamblarlas nosotros mismos."
De cara al futuro, Bernardini está entusiasmado con lo mucho que la manufactura aditiva podría transformar la forma de fabricar montañas rusas.
"La primera fase ya está hecha", dijo. "He creado la metodología. El siguiente paso es crear más componentes impresos en 3D y ponerlos en una montaña rusa real. Planeamos tener piezas impresas 3D funcionando en una montaña rusa real en 2023. Es un enfoque revolucionario, pero creemos en él. Por eso estamos invirtiendo todo el tiempo, el dinero y el esfuerzo ahora, para que cuando la industria esté preparada, la tecnología esté disponible. Sólo tenemos que convencer a todo el mundo de que éste es el camino por seguir".
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