Diseño óptimo de estructuras porosas para fabricación aditiva con el método “Sequential Element Rejection and Admission” (SERA)

Résumé

Las estructuras porosas poseen una relación “propiedades mecánicas/peso” muy elevada y una gran robustez respecto a variaciones en la orientación de las cargas, lo que las convierte en una muy interesante alternativa a sus contrapartes homogéneas. Un claro ejemplo de este tipo de sistemas se puede encontrar en el interior de las estructuras óseas, las cuales poseen un núcleo que presenta una topología muy intrincada y que se podría asemejar a un conjunto de subestructuras interconectadas. La complejidad de ese conjunto de subestructuras ha hecho que hasta hace relativamente poco su fabricación fuera prácticamente inabordable, eliminando así la posibilidad de hacer uso de ellas en aplicaciones reales. No obstante, desde la aparición de las tecnologías de fabricación aditiva, esta limitación ha sido superada abriendo un nuevo campo de investigación como es el diseño óptimo mediante métodos de optimización de topología de estructuras porosas. Este trabajo presenta un método de optimización de topología basado en el método Sequential Element Rejection and Admission que genera configuraciones interconectadas que dan lugar a una estructura porosa dentro de un dominio de diseño dado. El método realiza una subdivisión del dominio de diseño original en un número finito de subdominios, generando así una serie de problemas reducidos en los que se realiza una distribución de material óptima verificando restricciones locales de volumen. Los resultados obtenidos demuestran la efectividad del procedimiento propuesto para generar estructuras porosas muy detalladas que se asemejan a las estructuras porosas que se pueden encontrar en la naturaleza.