El software de código abierto permite una impresión 3D eficiente con múltiples materiales

Una nueva herramienta de código abierto está cambiando la forma en que los ingenieros diseñan objetos multimateriales. Charles Wade, Ph.D. estudiante del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Colorado Boulder, ha creado un paquete de software de sistema de diseño que utiliza funciones y código para mapear no solo formas sino también dónde pertenecen los diferentes materiales en un objeto 3D.

El proyecto, llamado AbiertoVCADfue desarrollado en el Laboratorio de Computación de Ensamblaje de Materia dirigido por el Profesor Asistente Robert MacCurdy del Departamento de Ingeniería Mecánica Paul M. Rady.

A papel nuevopublicado en la revista Fabricación Aditivadestaca la herramienta de diseño y su potencial para transformar la impresión 3D al permitir a los ingenieros diseñar objetos multimaterial de manera más eficiente.

«Ciertamente existe una historia de estudio y práctica de diseño de múltiples materiales que existió mucho antes de OpenVCAD», dijo MacCurdy, quien también está afiliado a ciencias de la computación y al Departamento de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energética. «Pero creemos que la sobrecarga de escribir código específico para proyectos específicos cada vez impide que los ingenieros hagan tanto diseño como puedan.

«Con OpenVCAD, estamos haciendo todo ese trabajo a la vez, y lo estamos haciendo muy bien, de modo que las personas tengan una infraestructura incorporada para representar estos diseños de múltiples materiales que varían espacialmente».

Superando los límites del diseño multimaterial

El diseño de objetos con múltiples materiales ha superado durante mucho tiempo los límites del software de diseño asistido por computadora (CAD) convencional.

Según Wade y MacCurdy, las herramientas de diseño tradicionales tienden a representar objetos únicamente como superficies límite. Esto significa que operan con la suposición implícita de que todo lo que está dentro de una superficie límite está hecho del mismo material.

Una de las principales áreas de interés en mecánica es algo llamado diseño degradado, en el que dos materiales se mezclan gradualmente uno con otro, como la suela de un zapato que pasa de ser firme en la parte inferior a suave en la parte superior. Pero sin una poderosa herramienta de diseño, traducir pasos difíciles en transiciones suaves puede resultar abrumadoramente difícil.

Por eso Wade desarrolló OpenVCAD. El paquete de software actúa casi como un conjunto de herramientas convenientes que permiten a las personas no solo componer fácilmente funciones complejas, sino también asignarlas como materiales a objetos en una impresora 3D.

«Esta es la primera herramienta de diseño multimaterial basada en código que está ampliamente disponible», dijo Wade. «Permite una buena complejidad al imprimir objetos, es accesible e intuitivo para escribir y diseñar. A diferencia del software CAD tradicional, donde estás obligado a esbozar todo para cada cambio y no puedes representar materiales graduados, nuestra herramienta permite a los usuarios cambiar una pequeña variable y observar la actualización completa del diseño de una manera sencilla».

Un amplio impacto para que todos lo exploren

El nuevo artículo del equipo explora la capacidad de OpenVCAD en una variedad de impresoras 3D, incluida una disponible para el grupo de laboratorio de MacCurdy que permite imprimir objetos con hasta cinco materiales a la vez.

Sin embargo, lo que les entusiasma es el impacto potencial del proyecto para toda la comunidad de ingenieros.

Según MacCurdy y su equipo, el software OpenVCAD se puede utilizar para ayudar a los investigadores a diseñar objetos relevantes para casi cualquier industria y campo.

Los cirujanos que necesiten modelos de planificación realistas para practicar pueden aprovechar las propiedades de mezcla de gradientes de la herramienta. Los expertos en robótica blanda pueden usarlo para crear actuadores flexibles que se doblan en una dirección pero permanecen rectos y rígidos en otra. Los ingenieros que necesitan simular objetos multimaterial complejos pueden diseñar en OpenVCAD y exportar fácilmente un archivo listo para simulación.

OpenVCAD puede incluso aplicar propiedades mecánicas específicas a partes específicas de estructuras reticulares, que a menudo se utilizan para capacidades de absorción de impactos para lograr diseños más complicados.

«Podemos confiar en las capacidades centrales de OpenVCAD para representar objetos multimaterial en muchos dominios diferentes», dijo MacCurdy. «Pero hay mucho más por venir en ciertas áreas que nos entusiasman y realmente esperamos que este enfoque del diseño multimaterial despegue».

OpenVCAD es una herramienta completamente de código abierto, lo que significa que está ampliamente disponible para que la utilicen ingenieros de todo el mundo. Incluso viene equipado con una implementación de Python para que cualquier usuario pueda importar fácilmente el repositorio del equipo y ponerse a trabajar con una sola línea de código.

«Queremos que esto esté ampliamente disponible para la gente», dijo Wade. «Tenemos una base cada vez mayor de investigadores externos de otras instituciones que están utilizando esta herramienta y esperamos permitir que esa comunidad haga su mejor trabajo».