El diseño cercano

Peio Olaskoaga es el gestor de la línea de diseño del Centro Tecnológico IK4-Ideko. Por ello, hemos querido recabar su experiencia y opiniones para tratar de un tema como el diseño que, a primera vista, se presenta muy lejano para mecanizadores y productores y, sin embargo, en la situación de competencia está en la base de la solución de muchos problemas que pueden surgir al realizar cualquier producto o pieza.

Uno de los aspectos más importantes a la hora de comenzar con el diseño de un nuevo producto es tener claro un aspecto del que se debe disponer y definir antes de comenzar a diseñar: las especificaciones que debe cumplir el producto. Es muy importante que sean totalmente claras y definidas, que se puedan comprobar y validar y que las conozcan ambas partes, tanto por parte del que quiere fabricar el producto como por parte del encargado de diseñarlo. Es fundamental en esta fase aclarar todas las dudas que pudiesen surgir para que todos los intervinientes trabajen con un objetivo claro y éste sea comprobable al completar el diseño y en la posterior verificación del prototipo. Muchas veces cuando se tratan de productos relativamente nuevos o que la empresa no ha ejecutado todavía, es importante analizar el estado del arte a nivel de tecnologías y patentes, otros productos que pudiese haber en el mercado y otros productos o tecnologías que pueden ser sustitutivos a los que estamos pensando.

Es recomendable, en esta fase inicial, realizar diseños de concepto puesto que puede haber diferentes soluciones a un problema, y conviene analizar factores relevantes del producto a diseñar, como por ejemplo, en el caso de una máquina, el número de ejes, los cursos, la cinemática para cumplir todas las especificaciones, bocetos tri-dimensionales, etc.

Además, otro tema importante a tener en cuenta en el diseño es la fiabilidad, tratando de hacer diseños simples para lograr esa fiabilidad y que éste tenga un comportamiento adecuado.

Cuando se parte de cero lo recomendable es realizar unos tanteos con las principales características del producto, realizando simulaciones de funcionamiento con modelos muy básicos, con un número limitado de elementos y un nivel de detalle justo para poder optar por una u otra arquitectura o forma del producto. Esta fase se lleva a cabo empleando herramientas de cálculo y simulación basados en elementos finitos (sería una forma de traducir el modelo conceptual 3D a un modelo matemático) pero también pude realizarse con modelos analíticos, siendo este un modelo más sencillo para “saber por donde van los tiros”.

Siempre es conveniente tener varias opciones posibles para dar respuesta a las especificaciones. Con estas opciones se trata de analizar los pros y los contras de cada una de las opciones y conjuntamente con el cliente, interno (desarrollo de producto propio) o externo (desarrollo de producto para otros), decidir el camino a seguir. Después se trataría de aumentar el detalle tanto del diseño como de los modelos de simulación.

Los distintos tipos de simulaciones

En los modelos de simulación de los productos se trabaja con modelos estáticos en los que se comprueba tanto el efecto de las masas que se mueven sobre el sistema, máquina o producto a fabricar, como el de las cargas (fuerzas) a las que está sometido. Se comprueba si pueden ser limitantes a la hora de cumplir las especificaciones de la forma más sencilla y optimizando recursos. Dentro de este tipo de simulación conseguimos ver los desplazamientos que se producen en la estructura. De esta forma se tiene información referente a las especificaciones relacionadas con las precisiones a obtener, por ejemplo en una máquina o prever lo que puede pasar si se cambian las cargas a las que está sometida el dispositivo.

También se realizan simulaciones dinámicas. Dentro de este apartado se tienen en cuenta varios temas como las frecuencias propias (frecuencia a la que oscila la estructura cuando, tras excitarla mediante un golpe o similar, esta vibra de forma natural) y los modos de vibración (aspecto que tiene la deformación de la estructura al oscilar a esa forma). Las principales limitaciones por ejemplo en máquina-herramienta en cuanto a capacidad de arranque vienen por efectos dinámicos, por la combinación de la dinámica de la máquina y la del proceso.

En este capítulo de simulaciones es muy importante la experiencia e IK4-Ideko cuenta con más de 25 años de experiencia en simulación por el método de los elementos finitos. Por eso y porque se trabaja también en la verificación experimental de estas simulaciones se conoce muy bien las limitaciones tanto estáticas como dinámicas, que limitan la capacidad de arranque en una máquina-herramienta.