¿Por qué diseñar en 3D?: Ventajas en el uso de un sistema CAD 3D

Pasar de un plano hecho línea a línea, a construir sólido paramétricos con un historial de operaciones donde puedes volver hacia atrás y realizar una modificación, o más recientemente incluso trabajar sin árbol de operaciones, ha supuesto una auténtica revolución en el diseño.

No obstante, las ventajas en el uso de un sistema CAD 3D no se limitan únicamente al diseño. A fecha de hoy, el sólido 3D virtual se utiliza absolutamente para todo, en él se apoyan:

• Planos
• Conjuntos
• Sistemas CAM que calculan el programa de fabricación por Control Numérico
• Sistemas CAE o programas de ingeniería para calcularlo absolutamente todo, desde la resistencia de la pieza a las solicitaciones a las que está sometida hasta estudios térmicos, pasando por estudios cinemáticos, etc.

Un uso típico de los modelos 3D es el análisis por elementos finitos, o FEM por sus siglas en inglés (Finit Elements Method), donde se analiza la capacidad de las piezas para resistir los esfuerzos a los que van a estar sometidas. Esta técnica consiste en establecer un número finito de puntos unidos por vectores que componen un mallado 3D de la geometría de la pieza, y a partir de estos nodos, iterativamente, realizar el reparto de cargas que ha de soportar la pieza en cada uno de sus puntos.

Una vez hallados los esfuerzos que ha de soportar cada punto, este se compara con las características mecánicas del material de la pieza, pudiendo constatar de esta manera, y sin fabricar nada, en una simulación informática, si la pieza podrá o no trabajar bajo las condiciones definidas y las deformaciones sufridas.

Informe de postprocesado FEM

Los principales análisis que se pueden realizar en un sistema FEM son:

• Análisis estático
• Análisis no lineal (deformaciones plásticas, grandes deformaciones)
• Análisis modal
• Análisis de fatiga
• Análisis Térmico

Otras aplicaciones más específicas realizan simulaciones de fabricación de una planta entera, comprobando la sincronización de todos sus procesos, que nuevamente se basan en prototipos virtuales.

Simulación del proceso de fabricación. Fuente: del Caño et Al. , (2007, pág. 60)

Algunas empresas utilizan los prototipos virtuales 3D en dinámica de fluidos computacional o CFD por sus siglas en inglés (Computacional Fluid Dynamics), para predecir comportamientos aerodinámicos o hidrodinámicos de todo tipo.

Nos hemos centrado en aplicaciones más cercanas al mundo de la mecánica, pero el sector de la construcción tiene sus propios software de análisis partiendo de las estructuras diseñadas, la lista de sectores con aplicaciones informáticas que utilizan los modelos 3D creados en sistemas CAD es extensa, y su previsible evolución es tener una mayor presencia en todos los sectores, para validar productos antes de fabricar una sola pieza, sin prototipos intermedios, ganando tiempo, y reutilizando una y otra vez el trabajo desarrollado en diseños previos.

Sin duda el mundo virtual ha llegado a la profesión de ingeniero para quedarse, para ser una herramienta de trabajo al servicio de las personas que diseñan, un grupo el de los ingenieros muy significativo por su volumen respecto del total de estudiantes del sistema español, que necesitan conocer estas herramientas y utilizarlas en su carrera profesional.

José Antonio Pardos

Bachelor of Science in Technology Management. Técnico Especialista en Calderería en Chapa Estructural (FP II). Máster Universitario en Formación de Profesorado de Educación Secundaria Obligatoria y Bachillerato, Formación Profesional y Enseñanza de Idiomas. Profesor del área de diseño mecánico y soldadura en SEAS, Estudios Superiores Abiertos, centro de formación online del Grupo San Valero. Puedes ver su perfil en LinkedIn.