Una industria proyecta piezas más livianas y eficientes con la ayuda de un software

El programa Virtual.Pyxis ha sido licenciado para departamentos de investigación avanzada de grandes multinacionales y para el MIT

FAPESP Investigación para la Innovación – Los sistemas de ingeniería asistida por computadora (CAE, las siglas en inglés de Computer-Aided Engineering) han venido ayudando a las industrias a proyectar piezas con topologías –las formas y las estructuras internas y externas– ideales como para soportar las condiciones en las cuales las mismas deberán operar, tales como temperatura, presión, vibraciones, esfuerzos diversos, etc., y a producirlas con el mínimo de materia prima posible. Es decir, las compañías emplean software para la optimización topológica con tecnología CAE.

Los programas de optimización topológica les permiten a las industrias esculpir virtualmente piezas más livianas y utilizar un determinado volumen de materia prima monitoreando su resistencia.

Estos atributos dependen del diseño. “Se le suministran al software parámetros con las cualidades y las características que se requieren en la pieza en cuestión, y el programa muestra el camino del diseño que debe seguirse para que la misma tenga las propiedades requeridas”, resume Ricardo Doll Lahuerta, ingeniero mecatrónico responsable de la investigación que, con financiación conjunta del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (PIPE) de la FAPESP y de la empresa VirtualCAE, está generando un enorme salto de calidad en este tipo de herramientas.

Virtual.Pyxis, el flamante software, al que aún se le están haciendo diversas mejoras, ya ha sido licenciado para departamentos de investigación avanzada de grandes multinacionales y para el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), una escuela de ingeniería con renombre mundial.

Esta herramienta aumenta las exigencias que los ingenieros pueden hacer con respecto a las características de la pieza que se proyectará, al tiempo que disminuye el tiempo y los costos de esta etapa de proyecto.

En general, estos software requieren información referente a las condiciones en las cuales la pieza deberá operar (tales como tensiones, compresiones, vibraciones o la temperatura que deberá suportar) y también con respecto a las restricciones a las cuales el proyecto debe atenerse: el nivel máximo de flexibilidad y de deformación que la pieza puede soportar y también detalles del proceso de fabricación que se empleará (inyección de polímeros, fundición, impresión en 3D, etc.).

La gran diferencia de Virtual.Pyxis reside en que es capaz de procesar una cantidad mucho mayor de variables y de restricciones que los programas que se encuentran disponibles en el mercado, y a un costo mucho menor, gracias a su algoritmo de última generación.

“Nuestro algoritmo logra procesar una cantidad mayor de variables sin tanta necesidad de capacidad computacional. Esto permite aumentar la precisión de cualquier proyecto de estructura a un costo mucho menor. Y es especialmente útil cuando se proyectan mecanismos en los cuales es importante contar con un cierto grado de flexibilidad, es decir que requieren una cantidad mucho mayor de variables. En la actualidad, la mayoría de los software de optimización topológica trabajan apuntando a la mayor rigidez posible, y esto muchas veces no es lo ideal en un proyecto”, explica Doll Lahuerta.

Virtual.Pyxis permite efectuar análisis más complejos y hace posible trabajar con materiales no lineales, y también permite incluir en forma sumamente precisa la restricción de frecuencias en el proyecto, un atributo importante cuando se pretende evitar que dos piezas adyacentes vibren en la misma frecuencia resonante. Y es el único programa que funciona con distintos solvers externos de cálculo, incluso con los más utilizados en la industria metalmecánica.

Estas herramientas, de amplio uso en las industrias más innovadoras y competitivas del mundo, tienen una presencia aún incipiente en la industria brasileña. Por eso mismo, y al cabo de 10 años actuando como representante en Brasil de desarrolladores extranjeros de esos productos, al conocer las investigaciones de Doll Lahuerta, VirtualCAE decidió apostar al desarrollo de una alternativa nacional: Virtual.Pyxis.

El software de VirtualCAE tiene aplicaciones inmediatas en una amplia gama de industrias. Está utilizándoselo para proyectar componentes automovilísticos, implementos agrícolas y ferroviarios y piezas relacionadas con la seguridad de vehículos. También puede empleárselo apuntando a lograr procesos de fabricación con costos menores, tal como es el caso de algunos componentes fabricados mediante pliegue y soldadura que, elaborados con fundición, presentan mejores propiedades mecánicas, mayor durabilidad y una disminución de la cantidad de componentes y del tiempo de montaje, al eliminar la soldadura. “El apoyo de la FAPESP ha resultado esencial”, afirma Valmir Fleischman, socio fundador de VirtualCAE.

Pero las posibilidades de aplicaciones futuras son mucho más amplias. Un ejemplo de ello es el perfeccionamiento de prótesis y órtesis. “La rigidez excesiva de las prótesis óseas, por ejemplo, favorece el debilitamiento de la parte del hueso con la que se conectan. Con este software podremos proyectar la pieza con el grado ideal de flexibilidad”, explica Doll Lahuerta.

El investigador recuerda a su vez que el desarrollo de la impresión en 3D –se imprime en forma gradual, capa por capa– permitirá fabricar piezas compuestas por distintos materiales combinados en una estructura que será capaz de ofrecer propiedades más avanzadas, es decir, propiedades que difícilmente se obtendrían mediante el proceso de manufactura actual.

“En el futuro, seremos capaces de proyectar la estructura interna de una pieza combinando materiales a una escala cada vez menor, hasta llegar a la escala atómica. Esto ampliará enormemente las posibilidades de los proyectos. Podremos proyectar una pieza con ciertas características inteligentes, por ejemplo, para volverla más liviana y eficiente. Con los software actuales, eso demandaría una capacidad computacional prohibitiva”, explica Doll Lahuerta.

“Con un software mucho más barato, de más fácil personalización y con acceso a la capacitación para su uso, nuestros clientes logran a menudo amortizar la inversión realizada en Virtual.Pyxis con el primer proyecto”, asegura Leandro Garbin, socio fundador de la empresa que apostó a esta innovación.

Aun cuando todavía se encuentra en la etapa de perfeccionamiento del software, VirtualCAE ya les ha licenciado el producto a importantes multinacionales, tales como Thyssenkrupp (en su unidad de China), AGCO, una multinacional estadounidense de implementos agrícolas, e incluso a uno de los laboratorios de investigación del MIT que presta servicios para el Departamento de Defensa de Estados Unidos. Esta innovación ha llevado a esta empresa brasileña de software a abrir sucursales en Alemania y en Estados Unidos, y a mantener representantes en México, Colombia, Turquía, China y Taiwán.

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