Técnica y Tecnología

FABRICACIÓN AVANZADA 27 estado de maduración equiparable a otros procesos de fabricación con- vencionales y, por lo tanto, su uso no se ha extendido en la industria de una forma significativa. Hay que considerar, además, que el LST presenta un alto coste y una baja productividad, que también limitan su industrialización. Partiendo del contexto arriba descrito y considerando las actuales limitaciones del proceso LST, es indiscutible que la creación de modelos digitales para este tipo de procesos de fabricación de alto coste tiene grandes beneficios. La principal ventaja del desarrollo de este tipo de herramientas consiste en la reducción de recursos materiales, humanos y de tiempo necesarios para la obtención de parámetros óptimos de fabricación; ya que, tradicional- mente se ha utilizado el método de prueba y error, que exige una gran cantidad de iteraciones y cuenta con una eficiencia reducida. En los últimos años, han sido varios equipos de investigación quienes se han centrado en modelizar el texturi- zado laser, sin embargo, a día de hoy, estos no han sido validados experimen- talmente [3][4]. El principal objetivo de este trabajo de investigación ha sido el desarrollo de un modelo mate- mático capaz de simular el proceso de texturizado láser, con la posterior validación experimental, para así reducir la cantidad de iteraciones en ensayos experimentales a la hora de obtener los parámetros de fabricación óptimos. El trabajo se ha realizado mediante el software Matlab R2020a y análogamente al funcionamiento de la máquina TruMark Station 5000 utilizada para la experimentación, el haz laser se ha modelizado como una fuente de calor que incide sobre un área de la superficie de la pieza a trabajar. Asimismo, el fundamento teórico en el que se basa el modelo desarrollado es el cálculo del campo térmico a partir de la ecuación dife- rencial de transferencia de calor de conducción transitoria. donde u: Temperatura p: Densidad CP: Calor específico f: Fuente de calor k: Conductividad térmica El material empleado para la validación del modelo es la aleación base cobalto Stellite 6, cuyas propiedades térmicas que dependen de la temperatura se han obtenido del trabajo publicado por Wei Ya et al. en 2016 [5] De esta manera, se obtiene un modelo que se aproxima en mayor medida a la realidad y que se puede considerar como un gemelo digital del proceso de texturizado. Una vez obtenido el campo térmico, se determinan aquellos elementos que se han vaporizado y que por lo tanto deben ser eliminados de la pieza. Este cálculo geométrico se realiza en un segundo paso, figura 19, y permite obtener la textura resultante del pro- ceso de LST y la geometría del cráter generado por el haz láser sobre la superficie de la pieza en la que incide. Finalmente, se han realizado los ensayos experimentales para validar el gemelo digital desarrollado. Los resultados obtenidos mediante las simulaciones y experimentalmente se muestran en la figura 20. Como se puede observar en los perfiles mostra- dos, se concluye que, si bien hay una pequeña diferencia entre los perfiles simulados y medidos experimental- mente, los resultados obtenidos se adecuan bastante bien. En consecuencia, se puede concluir que el gemelo digital desarrollado funciona correctamente y nos per- mitirá predecir los resultados del proceso de texturizado sin necesidad de realizar ensayos experimentales en máquina. Además, la siempre creciente demanda de prestaciones, eficiencia y productividad resultan en Figura 19. Esquema del funcionamiento del gemelo digital. Figura 20. Comparación de los resultados experimentales y los simulados.