Simulación de composites
e-Xstream engineering, parte de la división de Hexagon Manufacturing Intelligence, ofrece funciones de manufactura virtual y simulación, donde el ingeniero puede evaluar el costo de fabricar piezas por manufactura aditiva en material polímero y compararlo contra procesos convencionales, para de esta manera mejore sus procesos de ingeniería validando la microestructura del material composite (compuesto) apoyado en tomografías computarizadas de piezas.
El proceso de impresión 3D de composites está llamando cada día más atención en el mercado, dada la factibilidad de crear piezas de material más resistente y ligero que los procesos de metal, además de obtener un mejor desempeño al usar fibras reforzadas dentro en el compuesto. La última versión del programa Digimat para modelado de materiales da la opción a las empresas a simular los procesos y calcular el costo de impresión 3D de composites además de saber su vida útil, tiempo de uso, energía y post proceso requerido.
Con esta aplicación el ingeniero puede tener una visión de los procesos de producción y acabado de piezas de este material compuesto para determinar la mejor cadena de proceso para la producción. También se puede utilizar para evaluar el lote optimo a imprimir 3D con tantas piezas como sea posible en paralelo, elevar la producción y reducir el tiempo de entrega. También se puede planear la producción para considerar el costo total del equipo de impresión 3D y amortizar estos sobre los volúmenes de producción estimados. Esta información se visualiza gráficamente y el desglose de costos se puede analizar en diferentes escenarios.
Se espera que la demanda global de piezas composites por impresión 3D crecerá a $1.7 mil millones para 2030, una demanda que será limitada por aspectos técnicos de sus aplicaciones. La orientación de la fibra del material composite cambia en diferentes zonas de la pieza, esto tiene un efecto importante en las propiedades y desempeño mecánico. Saber esta información ayudara a los ingenieros a resolver problemas de calidad y mejorar en gran medida la precisión y desempeño del composite. En Digimat es posible escanear una pieza usando tomografía e importar sus datos 3D para obtener un modelo 3D de elementos finitos de su microestructura de dos fases y modelar su comportamiento (por ejemplo, en el caso de un polímero reforzado con fibra de carbono). Al incorporar este material compuesto ya validado en CAE, el ingeniero puede llevar a cabo análisis que tomen en cuenta las variaciones dentro de una pieza fabricada para aligerarla o evitar puntos de falla.
Al conectar la medición física contra las pruebas virtuales también mejora la precisión de los procesos de Ingeniería de Materiales Computacionales Integrados (ICME) cuando se da de alta un nuevo material. Las propiedades de la pieza se pueden comparar con el proceso simulado para validar y certificar el modelo de material composite. El escaneo por tomografía ayuda a los ingenieros de materiales a refinar la microestructura 3D que han creado para mejorar la precisión en futuras simulaciones.
Al mejorar los procesos de manufactura, el ingeniero puede capturar información sobre la pieza, material, proceso de impresión 3D y sus pruebas físicas, conforme trabajan usando el manejo del ciclo de vida del material. El software Material Center de e-Xstream Engineering, captura en una base de datos validada y las propiedades de los materiales composite para que puedan usarse en la fase de diseño de un producto. Al utilizar el manejo del ciclo de vida del material, la información se puede documentar y compartir en toda una empresa capturando conocimiento para que los empleados autorizados la usen.
Predecir el comportamiento del material en base a una microestructura escaneada por tomografía es un proceso computacionalmente intensivo, por ejemplo, podría llevar varios días analizar el comportamiento, por ejemplo, la fluencia utilizando solo CPUs. Al optimizar estos procesos para GPUs, el ingeniero puede realizar operaciones de forma interactiva y los resultados están en minutos. Los benchmarks muestran que el tiempo necesario para analizar la rigidez de un material se redujo en un 98%. Esta rapidez en la solución, combinado con la nueva opción de línea de comandos, permite el uso de modelos de elementos finitos de Digimat y procesar su optimización automática en la nube en plataformas HPC.
Al generar estructuras para alto desempeño, como los componentes aeroespaciales desde materiales compuestos, el modelo de análisis progresivo de fallas (PFA), permite definir los márgenes de seguridad de la estructura y hacer un uso óptimo de los materiales y procesos. Digimat realiza estos análisis complejos de modelos “Camanho” dos veces más rápido, lo que permite realizar un estudio paramétrico para definir tolerancias de defectos y maximizar su uso en producción.
Fuente: Hexagon
