Generación de soportes para la manufactura aditiva a través de la optimización topológica con control de escala de longitud.

Abstract

La manufactura aditiva se ha vuelto un proceso de manufactura con gran relevancia en muchas industrias debido a su capacidad de fabricar geometrías complejas, esta característica permite que se pueda sacar provecho de métodos como lo son la optimización topológica para poder crear piezas de alto desempeño. Sin embargo, esta versatilidad al momento de fabricar geometrías complejas suele deberse al uso de estructuras de soporte que son necesarias para dar el sustento mecánico que necesitan las partes sobresaliente de la pieza que se desea imprimir. Estos soportes implican el uso de una mayor cantidad de material, mayores tiempos de fabricación y su posterior extracción implica mayores dificultades y costos al momento de fabricar la pieza. Por tal motivo, reducir la cantidad de material que utilizan estos soportes resulta beneficioso para poder sacar el máximo provecho de esta tecnología. El objetivo de este trabajo consiste en generar estructuras de soporte que sean eficiente, es decir, que utilicen la menor cantidad de material posible, y que sean fáciles de remover. Estos soportes son generados a través de optimización topológica respetando una serie de pautas geométricas obtenidas para la impresora Ultimaker S2+. Para lograr este objetivo, se imprimen una seria de piezas que permiten obtener valores recomen dados para ciertos tipos de geometrías, de manera de asegurar que los soportes sean capaces de sostener a sí mismos, como también de dar sustento a la pieza de interés. Para que los diseños sigan los valores recomendados obtenidos de las pautas geométricas, se incluyen una serie de restricciones al proceso de optimización topológica. Estas restricciones influyen enormemente en el diseño de los soportes generados, por lo que se realiza un respectivo análisis de como influyen estas restricciones en los diseños finales. Finalmente, se evalúa el desempeño de la metodología desarrollada en una serie de geometrías representativas que se pueden presentar al momento de imprimir una pieza. A través de esta metodología, se obtienen soportes que cumplen con cada una de las pautas geométricas que se obtuvieron para la impresora utilizada. Soportes que cumplen con la característica de ser eficientes y de poseer pequeñas áreas de contacto, lo cual, facilita su posterior remoción. Estos soportes son impresos para demostrar su imprimibilidad y eficiencia en el uso de material. Los resultados permiten concluir que la optimización topológica resulta ser una buena alternativa para generar soportes eficiente y fáciles de remover, con respecto a los tradicionales método de generación de soportes, los cuales se basan en geometrías predefinidas. Estos soportes optimizados permiten reducir la cantidad de material utilizado entre un 10% y un 20% en comparación con los soportes generados con el software Cura de Ultimaker.