Transformando la realidad virtual (Morphing virtual reality) en el sector de moldes y matrices

Recientemente Hexagon Production Software realizó un webinar para mostrar cómo implementar la información proactiva o reactiva en los procesos de FEA (Finit Element Analysis) o ingeniería inversa en el proceso de creación de moldes y matrices de manera rápida y optimizada. En la sesión se mostraron las posibilidades de transformación geométrica de manera rápida y optimizada para adaptar esa información al proyecto de moldes y matrices.

En el campo de la ingeniería, el morphing de malla es una técnica para cambiar una geometría existente aplicando una distorsión específica. En la forma original de este método, los cambios solo se aplican a las posiciones de los nodos, por lo que se conserva la conectividad de los elementos.

Igualmente importante es que esta tecnología permite la creación de datos de superficie de ‘Clase A’. Superficies de Clase A es un término comúnmente utilizado en el diseño de automoción para describir un conjunto de superficies que gestionan y respetan tanto la curvatura como la alineación de tangencia de la segunda derivada.

Todo empieza con los problemas derivados de trabajar con moldes y matrices. En los moldes, generalmente los problemas suelen aparecer después de las deformaciones y tensiones después del proceso de inyección. Los defectos causados por la deformación se deben corregir al diseñar las piezas. Una predicción precisa de la contracción y la deformación (‘Warpage’) puede identificar dónde podría ocurrir una contracción y deformación excesiva y optimizar el diseño de piezas y moldes, la elección de materiales y el procesamiento.

En la matricería, la elasticidad del material es la que aporta los problemas también conocidos como ‘Springback’, se refiere a la recuperación elástica de las piezas deformadas. El Springback se produce debido al alivio elástico del momento de flexión impartido a la lámina de metal durante el conformado. Los ingenieros deben predecir y compensar estos comportamientos durante el diseño de la secuencia de flexión.

Hay diferentes maneras y programas especializados para obtener / predecir las deformaciones, pero en casi todos los casos lo que obtenemos son nubes de puntos, geometría alámbrica, o mallas (STL), lo difícil es realizar transformaciones de esa información en geometría CAD con la que poder trabajar o implementar en nuestros proyectos.

Dentro de la inyección de plástico con los cálculos FEA, podemos influir de manera proactiva en el proceso de creación, al igual dentro de la matricería con los cálculos FEA también podemos intervenir de manera proactiva. Posteriormente con la información obtenida mediante ingeniería inversa, podemos influir reactivamente en los procesos de diseño del molde o la matriz.

Dentro de la inyección de plástico, en la fase de prueba a veces revela que se pasan por alto algunos parámetros, y esto conduce a la falla de algunas estructuras. Implementar estos cálculos en los proyectos supera el enfoque tradicional costoso anterior al incluir, durante el proceso de diseño, todos los parámetros que permiten el modelado preciso de todas las tensiones físicas en cada unidad estructural.

Dentro de la matricería, el uso de tecnología de compensación de recuperación elástica (Springback), basada en predicciones FEA, puede reducir significativamente la desviación geométrica inducida por la recuperación elástica, el número reducido de pruebas requeridas no solo acorta el tiempo de comercialización, sino que también tiene un impacto positivo en los costes generales (las pruebas generalmente representan hasta el 30% de los costes generales).

Las herramientas de deformación de la geometría permiten al operador de CAD aplicar modificaciones impulsadas por el usuario a cualquier tipo de datos (sólidos, superficies, alámbricos y mallas).

Hay diferentes técnicas como estirar, doblar, plegado radial, torsión, entre otras, también podemos utilizar herramientas de deformación de geometría extremadamente potente que permite definir las condiciones de inicio y fin para controlar el cambio del modelo.

Estas deformaciones conducidas/guiadas, se pueden aplicar en el Springback, Warpage, diseño, edición de conicidades, curación o reparación de geometría, solo por citar algunos de los ejemplos

• Morphing utilizando predicciones FEA. Este método utiliza la malla nominal y la malla de recuperación elástica (Springback) prevista para permitir la creación de un nuevo modelo CAD ‘compensado’ por ejemplo desde ficheros calculado en Nastran.
• Morphing utilizando curvas de referencia. Este método permite subdividir el pliegue/pestaña deseada en curvas de sección transversal. Cada sección es manipulada por el usuario para obtener un ángulo diferente. A partir de estos nuevos tramos el sistema calcula el modelo CAD compensado.
• Morphing utilizando máquinas CMM / Escáner. Este método utiliza los datos escaneados o los puntos digitalizados como geometría de referencia.
• Morphing basado en un conjunto dado de puntos. Las técnicas de compensación de superficie utilizan puntos de referencia extraídos/manipulados de las geometrías dadas.
• Morphing utilizando una malla compensada (Con Springback calculado, por ejemplo). Se muestra la capacidad de remodelar la superficie nominal utilizando una malla ya compensada que pueden proporcionar algunas simulaciones FEA. En este caso, la implicación para tener en cuenta está relacionada con el número de puntos utilizados para emparejar las piezas.
• Morphing de geometría. Esta tecnología también se puede aplicar a otras disciplinas como el moldeo por inyección de plástico. La deformación (Warpage) del modelo nominal ha sido y se utiliza para realizar la transformación.

VISI es un programa de Hexagon orientado y especializado a la industria del molde y de la matriz, es un software con CAD y CAM integrado, de modelado directo e hibrido, con estrategias de mecanizado de fresa y electroerosión por hilo, con módulos dedicados a moldes con análisis de inyección de plásticos, matrices con cálculo de desarrollo y desplegado y herramientas para realizar ingeniería inversa.

Desde VISI, tenemos 3 herramientas básicas donde aplicamos las técnicas de Morphing que hemos comentado a lo largo del artículo:

• VISI Flow permite, a través de nuestras potentes herramientas de simulación de inyección, configurar y ejecutar análisis para visualizar cuánta contracción y deformación (Warpage) esperar, dado el material actual, el diseño de la pieza y las condiciones de procesamiento definidas.
• VISI Springback Solver permite a los usuarios evaluar rápida y fácilmente la viabilidad de piezas y procesos con especial atención a las condiciones de recuperación elástica (Springback) de los componentes de chapa metálica e identifica problemas de formabilidad (roturas/arrugas).
• VISI Reverse combina el poder de la funcionalidad de modelado híbrido con capacidades de procesamiento de datos de escaneo 3D para que los clientes puedan crear fácilmente modelos sólidos editables totalmente compatibles a partir de datos digitalizados/escaneados.