La Validación Virtual de Productos `Customizados

Los Productos ‘Customizados’.
El objetivo principal del proyecto CUSTOM-FIT era crear un sistema
completamente integrado que permitiese el diseño, producción y suministro de
productos totalmente adaptados tanto a las características físicas de los
usuarios como a sus requerimientos personales a través de la optimización de
las últimas tecnologías de fabricación rápida.
Para ello se han desarrollado y mejorado los sistemas de captura
de datos digitales para que permitan insertar parámetros
geométricos y requisitos adicionales del cliente, los softwares de
interfaz que interactúan con los programas de diseño para que
puedan traducir a su lenguaje los datos anteriores, los softwares de
diseño para que por un lado permitan definir la composición y
deposición de diversos materiales en la estructura del producto,
mientras que por otro, lo traduzcan al lenguaje que interpreten las
nuevas máquinas de fabricación rápida desarrolladas en el marco
del proyecto. Estas máquinas de fabricación rápida obtendrán los
productos con las estructuras graduadas establecidas en la fase de
diseño y con materiales múltiples, de forma que el producto
mantendrá las propiedades mecánicas, térmicas, bio-compatibles,
etc. que le son de aplicación.
Las diferentes partes de este proceso se han ido validando (y en
algunos casos se encuentran en proceso de validación) a través de su
aplicación real a los productos desarrollados en los distintos casos de
estudio: personalización de asientos de moto, cascos, implantes
mandibulares y de rodillas, cavidades protésicas y asientos de
juguetes para niños discapacitados.
Obviamente, la seguridad se convierte en un hecho de gran
importancia en todos los casos. Además, los productos deben cumplir
los requisitos normativos establecidos por la legislación que le resulta
de aplicación. Por otra parte, estos productos son exclusivos y
realizados en cantidad igual a uno. Por ello, una de las partes del
proyecto se refiere a la concepción de una metodología de
validación virtual de los productos realizados mediante esta técnica
de fabricación.
Validación Virtual de Productos ‘customizados’
La validación virtual consiste en la aprobación de un diseño sin la
ayuda de una comprobación física. En el caso concreto de productos
‘customizados’, esta se ha concebido desde cuatro vertientes
distintas:
-
-
Una aproximación analítica, en que la funcionalidad del
producto se describe a través de una fórmula matemática
susceptible de modificación
El análisis de amplitud de banda, en la que el producto se
compara con varios productos estandarizados.
El análisis de uso, en que se verifica la actuación del
producto asignándole un adelante o no adelante; y
Una aproximación de iteracción, en la que progresivas
modificaciones automatizadas resultan en un producto que
satisface automáticamente las condiciones de verificación
apropiadas.
El socio Holandés BPO es el responsable de integrar la validación
virtual con los estándares normalizados y la regulación que le aplica.
La empresa, en su trayectoria profesional, ha conseguido la
conversión de simulaciones detalladas en productos reales. Para la
consecución de sus fines ha empleado el histórico obtenido a través
de las validaciones realizadas en productos en masa, realizados sobre
una muestra determinado siguiendo el axioma de que “una prueba
experimental no representa a todos los productos ni se puede evaluar
cada una de las copias”.
Andrys Posthuma, cabeza visible de BPO en el proyecto CUSTOM-FIT
opina que “el objetivo del proyecto es mejorar la posición europea en
la economía global. BPO’s cree fehacientemente que éste se puede
conseguir cuando los productos finales de alta calidad gane la
competición. Cuando el proyecto CUSTOM-FIT alcance sus metas.”
Para la validación virtual se utiliza la Ingeniería asistida por
ordenador (CAE, del inglés Computer Aided Engineering) que
conforma el conjunto de programas informáticos que permiten
analizar y simular los diseños de ingeniería realizados con el
ordenador, para valorar sus características, propiedades, viabilidad y
rentabilidad.
En el desarrollo de la investigación, se ha utilizado principalmente el
Método de Análisis de Elementos Finitos (FEM), comúnmente usado en
determinar los esfuerzos y desplazamientos en sistemas mecánicos. Con el
Análisis de Elementos Finitos (FEA) se pueden manejar sistemas complejos
cuyas soluciones analíticas son difícilmente encontradas. Siendo un método
aproximado, la precisión del FEM puede ser mejorada refinando la
discretización en el modelo, usando más elementos y nodos (complejo sistema
de puntos que configuran una red llamada malla). La malla esta programada
para contener el material y las propiedades de la estructura que definen como
esta reaccionará ante ciertas condiciones de carga. A los nodos se les asigna
una densidad por todo el material dependiendo del nivel de estrés anticipado en
un área. Las regiones que recibirán gran cantidad de estrés tienen
normalmente una mayor densidad de nodos (densidad de malla) que aquellos
que experimentan poco o ninguno. Los puntos primordiales de interés consisten
en: puntos de fractura previamente testeados del material, entrantes, esquinas,
detalles complejos, y áreas de elevado estrés. La malla actúa como la red de
una araña en la que desde cada nodo extiende un elemento de malla a cada
nodo adyacente. Este tipo de red vectorial es la que determina las propiedades
del material al objeto, creando varios elementos.
Figure X.- Mallado de una Tibia
Con este fin, los socios del proyecto han generado un sistema de
interfaz con el sistema FEA que permite aplicar el mismo al proceso
específico que las características del producto requieran y a la
validación experimental del producto objeto de validación. Asimismo,
se ha recopilado información con referencia a la regulación que afecta
a los distintos casos de estudio para finalmente investigar la
metodología de validación e integrar la validación virtual con la
normalización y requisitos reglamentarios que aplica al producto en
sí.
Entre los diversos casos de estudio a los que se ha aplicado esta
validación se encuentra en del Casco de moto. El proceso ha
consistido en realizar un escaneo de la cabeza del motorista y añadir
a estos datos digitalizados, otra información adicional relativa a las
preferencias del usuario. Después de realizar un ajuste a la forma de
la cabeza del usuario, se ha realizado la estructura interna de la
almohadilla interna (objeto de customización) y se ha definido la
validación virtual con FEA.
Con el objeto de optimizar el diseño y las propiedades de la
almohadilla, y en función de la información ofrecida por el FEM, esta
fue modificada sustancialmente, según puede observarse en las
imágenes adjuntas:
Nueva
versión
Versión
Antigua
Los resultados del proyecto que no están protegidos por los derechos
de propiedad correspondientes son difundidos al público general por
uno de los socios del Proyecto en España (AIJU), a través de la
página Web del proyecto, la emisión de notas de prensa y
comunicaciones directas. La información que se provee a través de
estos medios se actualiza regularmente en función de los resultados
conseguidos en el entorno del proyecto.
No obstante, una de las herramientas primordiales de transferencia
tecnológica de los resultados se ha concebido a través de la
generación de unos módulos de formación para ingenieros, gestores,
científicos y educadores, tanto con presencia física como ‘on line’, que
se desarrollan desde hace un mes durante los próximos meses y que
permitirán aportar un valor añadido al sistema de fabricación de la
Comunidad Europea.
El Proyecto Custom-Fit
Este proyecto integrado, enmarcado en el Sexto Programa Marco Europeo
(http://ec.europa.eu/research/fp6/),
se
encuentra
participado
ampliamente por representantes de la industria, pequeñas y
medianas empresas punteras en innovación e institutos tecnológicos.
Todos ellos, coordinados por Delcam en el Reino Unido, colaboran
estrechamente para dar un paso adelante en el desarrollo de nuevas
tecnologías de fabricación rápida que beneficien tanto a la sociedad
como a la industria europea.
El proyecto, con un presupuesto total de 16 millones de Euros y subvencionado
por la Comisión Europea en aproximadamente 9 millones, desarrolla campos
tan variados como fabricación, diseño, escaneo, materiales, validación,
formación y consultoría. La integración de todas estas disciplinas, ofrece el gran
potencial de cambiar el paradigma de fabricación actual, así como del servicio y
de la distribución de bienes de consumo, con nuevas tecnologías que producen
productos complejos que se adaptan al cliente en todos los sentidos, en el lugar
y tiempo apropiados.
La empresa BPO
La empresa BPO es una empresa de ingeniería. Su negocio principal es el
diseño y la optimización de productos plásticos con la utilización del Análisis de
elementos Finitos (FEA). BPO colabora en el proyecto CUSTOM-FIT con la
investigación de la “Validación virtual” de sus productos. Para la aceptación de
este concepto se requieren dos pasos; el desarrollo de nuevos materiales de
fabricación rápida, para lo cual BPO investiga un nuevo método de análisis
susceptible de analizar estos productos con FEA, y la certeza de los legisladores
y del público en general de la validez de FEA para autorizar un producto.
Para mayor información consulte:
Suny Martínez/ Cesar Carrión
AIJU
Dpto. de Ingeniería de Producto- Laboratorio
Avda. de la Industria, 23
03440 Ibi
Tel.: 965554475
Fax: 965554490
e-mail: [email protected]