Introducción
En esta sección vamos a hacer una breve descripción de como las PND (Pruebas no Destructivas) empiezan a tener mayor participación en el diseño ingenieril de productos. Gracias a la tomografía computarizada, es posible convertir las PND en más que una indicación de calidad. Las PND se convierten en un apoyo para las herramientas digitales de diseño. A continuación, se explicará como esta unión entre las PND y el mundo del diseño va a mejorar la seguridad industrial y apoyará la optimización de los productos.
CAD/CAM/CAE
El objetivo del diseño digital de productos es planificar el desarrollo de un producto y que este pueda realizar su función cuando esté en servicio. Las herramientas digitales se le conocen como CAD, CAM y CAE. Estas herramientas son softwares que digitalmente simulan los eventos ingenieriles del mundo real. Una descripción sencilla de estos conceptos es:
· CAD (Computed Aided Desgin)- Herramienta del diseño que nos ayuda con la creación, modificación, visualización, e inclusive optimización de un producto.
· CAE (Computed Aided Engineering)- Son series de análisis ingenieriles del rendimiento de un producto al esfuerzo, durabilidad, dinámica, etc…
· CAM (Computed Aided Manufacturing)- Nos ayuda en la simulación en la manufactura por medio de control de máquinas o herramientas de fabricación.
En esta escrito nos enfocaremos en una rama de CAE conocida como FEA (Finite Element Analysis), donde se hace una simulación con elementos finitos para indicar el estrés máximo a el cuaEn esta escrito nos enfocaremos en una rama de CAE conocida como FEA (Finite Element Analysis), donde se hace una simulación con elementos finitos para indicar el esfuerzo máximo que resiste una pieza antes de romperse. En la industria, esta herramienta asegura que un producto está preparado para su uso industrial. Es decir, está preparado para resistir los esfuerzos a los cuales estará expuestos. Se simula la temperatura, presión, concentración de esfuerzo, fatiga y más. Un ejemplo de como se vería un estudio FEA se muestra en la siguiente imagen:
Debemos de tomar en cuenta que las pruebas no destructivas no se han tomado en consideración en el análisis de la estructura anterior. Es lógico esperar que un producto no se comportará de la manera esperada cuando el proceso de manufactura no sea perfecto y la pieza se fabrique con imperfecciones. Estas imperfecciones se pueden desarrollar como poros, grietas, inclusiones, etc… y pueden ocasionar mayor concentración de esfuerzo como se muestra en la siguiente imagen. Todos quisieran que el modelo CAD sea exactamente lo que se fabrica, pero los procesos de manufactura tienen una cierta variación en sus medidas geométricas y en la composición interna. Esto quiere decir que para tener un análisis FEA más acertado a la realidad, se deben incluir estas imperfecciones, ya que al final, el producto manufacturado es el que se le entrega al cliente.
La (CT) Tomografía Computarizada escanea una pieza real y genera un modelo 3D que nos indica las medidas geométricas y calidad interna del producto. El resultado de la CT sería como se muestra a continuación:
Para la industria, esta prueba no destructiva es muy poderosa ya que indica la ubicación y el tamaño exacto de la imperfección. ¿Cual sería la diferencia entre hacer un análisis FEA en un modelo CAD ideal y un modelo CAD reconstruido por CT?
Volume Graphics realizó un estudio que nos indica la diferencia de hacer un análisis en una pieza real y una reconstrucción de CT realizada en su software. El análisis se realizo en un componente de soporte aeroespacial.
La pieza de la derecha claramente tiene imperfecciones a lo largo de su estructura y cómo era de esperarse, el estrés máximo que sufre la pieza es mayor a la que se obtuvo en el modelo idea. En este caso, el estrés máximo fue 89% mayor, por lo que representa un desfase muy amplio.
En conclusión, la tomografía computarizada es una prueba no destructiva que tiene mucha relevancia para la ingeniería del diseño. Se debe de tener en consideración que los procesos de manufactura tienen limitaciones y no producen piezas perfectas. Los diseñadores deben estar preparados para estas situaciones y proponer un factor de seguridad para asegurar que sus productos van a poder realizar sus funciones correctamente.
