Casos de éxito – Página 24 – Goaltech Engineering Solutions

Starburns Industries utiliza la impresión 3D para aportar un mayor realismo a Anomalisa Character

Producto: Impresión CJP
Industria: Diseño y Arte

La impresora 3D ofrece color, volumen y calidad para permitir a Starburns crear “miles y miles” de caras para marionetas de stop-motion.
“Triste”, “hermoso”, “ingenioso”, “cada personaje fascinante y audazmente realizado”: Estas no son palabras que uno suele asociar con una película en stop-motion protagonizada por marionetas.

Pero, de nuevo, la película Anomalisa es algo que no se había visto antes.

La gama de humanidad expresiva lograda en la película fue posible gracias a la impresión en color 3D de alta resolución del sistema 3D Systems ProJet® CJP 660. Starburns Industries, una compañía de producción de servicio completo con sede en Burbank, California, utilizó la impresora 3D para sacar miles de caras diferentes con detalles similares a la vida, como arrugas, sonrisas, ceño fruncido, líneas de preocupación y bolsas debajo de los ojos.

El valor estético se une a la productividad

En los últimos años, la impresión 3D se ha convertido en algo común en la industria del cine para aplicaciones como la creación de prototipos, la fabricación de accesorios y la creación de objetos que son difíciles de construir de manera tradicional. Pero, en el gran volumen de piezas y en el ámbito emocional en el que se utiliza, Anomalisa sienta nuevos precedentes para la impresión 3D en el entretenimiento.

Duke Johnson, codirector de Anomalisa, junto con Charlie Kaufman (Being John Malkovich, Eternal Sunshine of the Spotless Mind), citó la impresión 3D por ayudar a establecer los sentimientos internos de los personajes y proporcionar un mayor nivel de detalle.
Pero a pesar de todo el valor estético que el ProJet CJP 660 ayudó a aportar a los personajes, el uso de esta impresora 3D en particular se redujo principalmente a la productividad: el sistema es rápido, confiable y genera colores realistas.

El ProJet CJP 660 genera impresiones 3D a todo color en una sola ejecución sin tener que cambiar de paleta. Su área de construcción de 254 x 381 x 203 mm (10 x 15 x 8 pulgadas) permitió a Starburns sacar docenas de caras con diferentes expresiones en una sola ejecución en cuestión de horas.
“El color es el atributo más importante para nosotros, junto con la velocidad y el volumen que la máquina puede producir”, dice Bryan LaFata, Supervisor de Operaciones de Starburns Industries. “Estuvimos ejecutando el ProJet casi sin parar durante un año y medio durante la producción de Anomalisa, creando miles y miles de rostros”.

Miles de expresiones

Starburns modeló e imprimió tres diseños básicos de cabezales para Anomalisa: uno para los personajes principales Michael y Lisa, y otro para lo que se llama la “cara del mundo”, una cara compuesta modelada a partir de 20 o más empleados de Starburns. La cara del mundo fue utilizada para todos los personajes excepto Michael y Lisa.

Las caras de los personajes incluyen una placa frontal superior e inferior. Miles de expresiones fueron modeladas e impresas por Starburns para los personajes. Esto dio a los animadores acceso a casi todas las expresiones posibles para una escena dada.
“Produjimos bastidores llenos de caras para que pudieran cambiarse en cualquier momento”, dice LaFata. “Podría tomar múltiples modelos faciales solo para obtener la sonrisa correcta”.

Conservando la apariencia

Los directores de Anomalisa tomaron una decisión consciente de mantener las líneas entre las caras superior e inferior en su lugar sin aerografía digital.

James A. Fino, productor ejecutivo y socio de Starburns, explica esta decisión en un artículo en el sitio web del Gremio de Productores de América: “Las recientes características animadas en stop-motion suelen borrar esas líneas digitalmente, pero esa no fue nuestra elección para Anomalisa. En lugar de un elemento de distracción, las costuras sirven como signos sutiles y persistentes del increíble arte que se muestra en la película”.

En un artículo del New York Times de Mekado Murphy, el codirector Kaufman lo explicó de esta manera: “No queríamos ocultar el hecho de que es stop-motion. No queríamos pintar lo que era… queríamos esa sensación de la presencia invisible de los animadores”.

Starburns también hizo un post-procesamiento mínimo de las caras de los personajes, conservando la apariencia que provenía directamente del ProJet 660. Una vez más, esta era la preferencia de los directores.

“Usamos [la impresión 3D] para un propósito muy específico con el realismo que querían en las caras, y las texturas y las diferencias de color no habrían sido posibles pintando a mano”, dice Caroline Kastelic, supervisora de títeres de Starburns, en una entrevista con IndieWire. “Y es por eso que tienen esa textura agradable en ellos … Eso me parece estéticamente brillante y también nos ahorró mucho tiempo”.

Soporte local

Crear los miles de rostros, docenas de modelos de carrocería y los decorados realistas para una producción como Anomalisa requiere trabajo en equipo; no solo entre las casi 200 personas en Starburns, sino también por socios externos.

LaFata da crédito a 3D Rapid Prototyping, un socio de 3D Systems con sede en la cercana Garden Grove, California, por mantener a Starburns suministrado con materiales e incluso imprimir modelos de caras cuando sea necesario.

“Estábamos sacando muchas caras, a menudo 24/7, y Bill Craig [Presidente/CFO de Prototipado Rápido 3D] y su equipo siempre estuvieron ahí para ayudarnos”, dice.

Gran futuro para la impresión 3D

No importa cuán fascinante sea la tecnología detrás de escena para una película, la medida final del éxito es cómo se entrega la historia. En el caso de Anomalisa, la impresión 3D no es solo un efecto especial o una pieza de conversación peculiar; es parte integral de la forma en que los personajes se desempeñan.

El enfoque parecía haber tocado un acorde: más allá de las nominaciones al Oscar y los Globos de Oro, Anomalisa fue la primera película animada en ganar el Gran Premio del Jurado en el 72º Festival Internacional de Cine de Venecia. En su reseña de cinco estrellas en la revista Rolling Stone, Peter Travers llama a Anomalisa una “obra maestra en stop-motion”.

Bryan LaFata no cree que Anomalisa sea un fenómeno único.

“La escala y la velocidad a la que puede producir modelos a todo color en una máquina como la ProJet CJP 660 es definitivamente un beneficio importante”, dice.

“Creo que la impresión 3D tiene un gran futuro para las películas en stop-motion”.

3D BREAK (SLA)- Caso 2.04: Sauber – ProX 800 SLA

Artec Leo ayuda a Vorteq a crear los trajes de ciclismo más rápidos del mundo

Producto: Artec Leo
Industria: Diseño y Arte

En el mundo del ciclismo de alto rendimiento, la velocidad lo es todo. Y aunque estés corriendo en una pista cubierta con condiciones controladas, estarás luchando contra la resistencia del viento y su desgaste en cada pedaleo. Un ciclista gasta hasta el 90% de su energía en superar la resistencia del aire, por lo que es fundamental reducirla. Para ciclistas profesionales y aficionados, no vale la pena gastarse 10 mil dólares o más en una bicicleta más aerodinámica ya que es el cuerpo del ciclista el responsable de absorber aproximadamente el 80% de la resistencia, y su bicicleta el 20% restante. Por lo que tiene mucho más sentido centrarse en el ciclista, su biomecánica en varias posiciones de conducción, su entrenamiento, y sobre todo, su ropa.

Vorteq está utilizando un túnel de viento especializado en deportes, maquinaria textil de última generación y la mejor tecnología de escaneo 3D para crear trajes de piel personalizados para ciclistas. Un traje de piel es esencialmente la prenda más aerodinámica que un ciclista puede llevar, reduciendo su nivel de resistencia por debajo del de estar desnudo. Un traje de calidad también debe ser cómodo, ligero, transpirable y hecho específicamente para el atleta que lo lleva. De lo contrario, se ajustará incorrectamente y se arrugará, y en el campo de la aerodinámica, cada arruga aumenta la resistencia y afecta al rendimiento. Además, muchos tejidos se “abren” cuando se estiran demasiado, lo que repercute en una mayor resistencia en sus superficies, por lo que los tejidos y las costuras deben elegirse cuidadosamente para zonas específicas del cuerpo, y cada traje de piel debe diseñarse y fabricarse para que tenga la cantidad exacta de tensión para la anatomía de ese corredor en particular, así lograr un flujo de aire óptimo y la menor resistencia al viento. Teniendo en cuenta que las formas y tamaños de los ciclistas pueden variar de forma tan drástica, este tipo de ajuste personalizado no es posible simplemente con un modelo de traje de piel en varios tamaños.

La empresa filial de Vorteq, TotalSim, tiene más de 10 años de experiencia trabajando con ciclistas profesionales, equipos de ciclismo olímpicos, corredores del Tour de Francia y otros ciclistas de primera categoría. Esto ha hecho posible que Vorteq crearan lo que ellos creen que son los trajes de piel más rápidos que existen. Para diseñar sus trajes de piel como nunca antes había sido posible, Vorteq ha invertido más de 500.000 dólares en I+D, ha probado más de 45.000 combinaciones diferentes de materiales, tensión y velocidad en los túneles de viento especializados del Centro de Ingeniería Deportiva de Silverstone (SSEH). El resultado final es que cada atleta tiene su propio traje de piel, creado con patrones y tejidos personalizados, cada uno diseñado para el máximo rendimiento.

A pesar del extenso trabajo que Vorteq realiza exclusivamente con los equipos olímpicos y otros atletas de élite, desde el 1 de enero de 2020, sus trajes de piel personalizados están disponibles para corredores de todos los niveles. Ahora, cualquier ciclista, no sólo los profesionales, tiene la oportunidad de vestir un traje de piel personalizado de Vorteq, y cuando se dirijan a la línea de meta, llevarán el mismo nivel de tecnología en trajes de piel que si fueran uno de los clientes olímpicos de Vorteq.

Para crear estos trajes de piel personalizados, el uso de un escáner 3D es crucial para capturar digitalmente la anatomía exacta delciclista, y durante las horas que siguen a esos pocos minutos de escaneo, todos los tamaños, patrones y tipos de tela se seleccionan meticulosamente en el sistema de vestimenta computacional y luego ensamblados por el equipo de trajes de piel de Vorteq.

Anteriormente, TotalSim utilizaba un escáner de brazo para escanear coches de carreras, bicicletas y otros objetos, pero cuando se trataba de utilizar el escáner para capturar personas, se encontraban con grandes dificultades y eran incapaces de conseguirlo con esa tecnología.

Fue entonces cuando Vorteq recurrió al embajador de Artec, Central Scanning, especialistas en todos los campos del escaneo 3D. Durante una visita y consulta in situ, los expertos de Central Scanning les recomendaron el Artec Leo, un revolucionario escáner 3D de mano con pantalla táctil incorporada y una velocidad de captura de hasta 80 fps, un dispositivo inalámbrico que destaca por su ràpido escaneo de objetos medianos, como personas. TotalSim había utilizado dos escáneres Artec en el pasado para su trabajo de CFD y metrología, Artec Eva y Artec Spider, por lo que ya estaban familiarizados con el alto nivel de tecnología de escaneo de Artec.

Cuando Sam Quilter y sus colaboradores de Vorteq vieron lo rápido que Leo había captado la anatomía exacta y precisa de un ciclista, supieron que habían encontrado la herramienta adecuada para el trabajo. Cuando recibieron el Leo, comenzaron a crear su flujo de trabajo de captura digital, que Quilter describe así:

“El ciclista entra en el túnel de viento con su bicicleta, la coloca en la plataforma, se sube, y en sólo 5 o 6 minutos con Leo, escaneo al ciclista en dos posiciones en un 3D a color preciso y de alta resolución. Y luego necesito sólo otro minuto para escanear su zapatilla, por todos los lados”, señala Quilter. “Básicamente esto significa que en diez minutos puedo terminar con el ciclista”. Y ya tengo todo lo que necesito para diseñar un traje anatómicamente exacto y rápido como una bala de Vorteq. No es necesario volver a hacer ningún escaneo más”.

Quilter añade: “Normalmente escaneamos a los ciclistas en ropa interior, para obtener el mayor detalle posible del cuerpo, de modo que cuando diseñamos los trajes de piel, se adaptan perfectamente a la anatomía del ciclista, algo que sería imposible si hay ropa o tejidos de por medio”.

“Cuando hacemos nuestros trajes de piel, trabajamos directamente desde los escaneos de Leo, así que no son simples medidas las que tomamos, son los datos físicos exactos, y la diferencia es crucial. Porque si estás tomando medidas físicas y luego las introduces en un sistema CAD, o en un sistema de computación como el nuestro, al final acabas perdiendo datos por el camino. Y eso puede provocar dimensionados imprecisos, algo que no podemos permitirnos. Incluso un pequeño error de medición podría resultar en una arruga o que el traje se estire demasiado. Así que, para nosotros, marca la diferencia la forma en que Leo nos da los datos físicos exactos del atleta”.

Quilter resume el proceso: “Desde que el atleta entra por la puerta ya empezamos a escanear con Leo, luego usamos Artec Studio para post-procesar los escaneos, seguido por el trabajo de modelado 3D en Geomagic Wrap, y finalmente exportamos el modelo 3D para usarlo en la confección del traje de piel, estamos hablando de unas 2 horas en total, lo cual no era posible antes, ni de lejos. Y en cuanto al tiempo total de producción para un traje de piel que está listo para competir, actualmente estamos en 2 días, pero esa brecha se está estrechando, y estamos trabajando para poderlo conseguir en 24 horas, no tardaremos mucho”.

Quilter explicó su flujo de trabajo de post-procesamiento en Artec Studio: “Leo me lo pone fácil. Apenas hacen falta unos pasos más en Artec Studio. Básicamente leo los datos del escáner, compruebo todo visualmente, y luego uso la herramienta Borrador para eliminar cualquier parte no deseada. Normalmente mantengo la bicicleta en el escaneo, ya que es un gran punto de referencia para obtener el posicionamiento XYZ así como el ángulo, y luego entro en el Registro Global, donde sólo uso los ajustes predeterminados porque funcionan genial por defecto. Normalmente no necesito eliminar valores atípicos, porque los datos ya están lo suficientemente limpios para una persona. Luego hago una Fusión Suave y lo exporto como un archivo STL para usarlo en Geomagic Wrap”.

“En Geomagic Wrap, utilizo la herramienta Decimate para hacer la cuenta de triángulos, o deshacerme de alguna arruga no deseada aunque rara vez ocurre, utilizo el comando Relax, y luego paso a los comandos Smooth, que me permiten eliminar cualquier imperfección, porque a veces los atletas mueven los dedos durante el escaneo, y tenemos que corregirlo. Después de hacer todo esto lo exportamos como un archivo OBJ para usarlo en nuestro software de computación de cobertura”, dice Quilter.

La última propuesta de Vorteq es la de utilizar su Leo para crear escaneos para la impresión en 3D de maniquíes de atletas con precisión anatómica. Estos maniquíes se utilizan luego para crear nuevos trajes de piel para los atletas sin necesidad de visitar las oficinas de Vorteq. Digamos, por ejemplo, que un ciclista está entrenando al otro lado del mundo y necesita un traje de piel específicamente para una próxima prueba contrarreloj de larga distancia que es principalmente en llano, pero también incluye una larga fase de descenso. Al tener un maniquí 3D del atleta, Vorteq puede crear un traje de piel personalizado para ellos, probar múltiples telas y patrones en los túneles de viento, elaborar el nuevo traje de piel en pocas horas y hacérselo llegar allí donde se encuentre. En la actualidad, el proceso de fabricación de maniquíes a medida tarda algo menos de 2 días, pero acortamos tiempos muy rápidamente. El tiempo de entrega es de 24 horas, desde el escaneo 3D hasta la finalización del nuevo maniquí impreso en 3D.

Quilter nos cuenta las ventajas de estos maniquís impresos en 3D: “Un maniquí de tamaño natural nos permite hacer pruebas en el túnel de viento con telas aisladas en un solo brazo, por ejemplo, para ver cómo varias telas y patrones afectan a la resistencia de forma aislada. Así es como podemos obtener ventajas mínimas pero necesarias. Porque con un ciclista real en el túnel de viento, el movimiento puede ser un factor determinante, incluso el más mínimo movimiento puede afectar a los resultados. Con un ciclista en vivo, nunca puedes tener resultados exactos, pero sí con un maniquí inmovil, donde el único factor que cambia es la tela que se le pone”.

“Los maniquíes no se cansan, y siempre están quietos, lo que nos permite saber exactamente qué tipo de cambios están causando nuestras telas y diseños en términos de resistencia y rendimiento.”

TotalSim también proporciona consulta y formación en biomecánica para ciclistas y equipos, aconsejando a los atletas sobre qué posiciones del cuerpo, ajustes del equipo, hábitos de conducción y ropa mejorarán o disminuirán su potencia, resistencia y mucho más.

“Nuestra misión es ayudar a los atletas, muchos de los cuales ya están en la cima de su carrera o cerca de ella, a encontrar esas muchas ‘pequeñas’ mejoras que cuando se suman todas, pueden hacerle superar la cima y llegar a la victoria”, dice Quilter.

Además de los trajes de piel de Vorteq y los servicios de consultoría y formación en biomecánica de TotalSim, también proporcionan servicios de escaneo a una serie de clientes, incluyendo equipos de ciclismo. Su Leo es clave para escanear en 3D allá donde haga falta, ya sea en casa, en el Reino Unido o en el extranjero.

Como nos cuenta Quilter, “A diferencia de nuestros escáneres anteriores, Leo nos da esa libertad de escanear en casi cualquier parte del mundo, sin necesidad de hardware adicional, sólo el propio escáner Leo. Esta flexibilidad es esencial cuando se va a lugares fuera de las instalaciones que no son precisamente laboratorios profesionales”.

Ingenieros de la NASA utilizaron Simcenter Femap para asegurar que Curiosity pudiera soportar los “Siete Minutos de Terror”

Producto: Femap, Simcenter
Industria: Aeroespacial y Defensa

Simcenter Femap ayuda a optimizar componentes y piezas para la misión de Curiosity a Marte, la más desafiante y exigente de la historia.

Enviar un paquete a Marte es una empresa compleja

La entrega de un laboratorio científico itinerante desde la Tierra hasta el planeta Marte requiere una planificación meticulosa y un rendimiento preciso. Sólo tienes una oportunidad de hacerlo bien: no hay margen de error. Ingenieros y científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en el Instituto de Tecnología de California tuvieron que tomar decisiones cruciales miles de veces durante un calendario de desarrollo de productos de varios años para aterrizar con éxito el Mars Rover “Curiosity” en el suelo del cráter Gale el 6 de agosto de 2012. Han estado haciendo ciencia de cohetes en JPL desde la década de 1930. En 1958, científicos de JPL lanzaron Explorer, el primer satélite estadounidense en orbitar la Tierra, seguido de muchas misiones exitosas no sólo cerca de la Tierra, sino también a otros planetas y las estrellas.

Los ingenieros de JPL utilizan un kit de herramientas de aplicaciones de software de ingeniería de Siemens Digital Industries Software para ayudarles a tomar decisiones altamente informadas. Un componente clave en este kit de herramientas es Simcenter™ Femap™ software, un programa de software de simulación de ingeniería avanzada que ayuda a crear modelos finitos de análisis de elementos (FEA) de productos y sistemas de ingeniería complejos y muestra los resultados de la solución. Usando Simcenter Femap, los ingenieros de JPL modelaron virtualmente los componentes, ensamblajes y sistemas de Curiosity, y simularon su rendimiento bajo una variedad de condiciones.

De 13.000 a 0 mph en siete minutos También conocido como el Laboratorio científico de Marte (MSL), este rover es masivo en comparación con los vehículos anteriores que la NASA ha aterrizado en el “Planeta Rojo”. En la configuración desplegada con el brazo extendido, el rover tiene 2,5 metros de ancho, 4,5 metros de largo y 2,1 metros de alto. Con un peso de casi una tonelada, el rover Curiosity es cinco veces la masa y el doble de la longitud de sus predecesores, lo que significaba que había que diseñar un procedimiento de aterrizaje completamente nuevo y mucho más suave. La NASA necesitaba ralentizar la nave espacial rover de una velocidad de 13.000 millas por hora (mph) a un punto muerto virtual para aterrizar suavemente el rover durante lo que la NASA llama “Siete Minutos de Terror”. Después de completar una serie de maniobras “S”, desplegando un enorme paracaídas, y luego con el uso sin precedentes de una “grúa celeste” especialmente diseñada, el MSL se estableció suavemente para no dañar los componentes funcionales y científicos de los laboratorios.

Estos componentes incluyen un brazo robótico de 2,1 m de largo, que se utiliza para recoger muestras en polvo de rocas, limpiar el suelo, las superficies de los cepillos y entregar muestras para instrumentos analíticos. Los instrumentos científicos de la torreta del brazo incluyen el Mars Hand Lens Imager (MAHLI) y el Espectrómetro de rayos X de partículas alfa (APXS). Otras herramientas de la torreta son componentes del subsistema de adquisición, procesamiento y manipulación de muestras (SA/SPaH) del rover: el sistema de perforación de adquisición de polvo (PADS), la herramienta de eliminación de polvo (DRT) y el dispositivo de recolección y manipulación para análisis de rocas marcianas interiores (CHIMRA).

Curiosity también heredó muchos elementos de diseño de los anteriores rovers de Marte “Spirit” y “Opportunity”, que llegaron a Marte en 2004. Esas características incluyen tracción a las seis ruedas, un sistema de suspensión rockero-bogie y cámaras montadas en un mástil para ayudar al equipo de la misión en la Tierra a seleccionar objetivos de exploración y rutas de conducción en Marte.

Prácticamente toda la nave espacial en sí y su carga útil fueron sometidas a análisis de simulación utilizando Simcenter Femap para el procesamiento previo y posterior. Las simulaciones realizadas antes de la producción de piezas y sistemas incluían estática lineal, cargas normales, pandeo, no lineal, vibración aleatoria y análisis transitorios. Miles de decisiones de diseño se tomaron utilizando información de simulaciones de Simcenter Femap.

Además de la naturaleza compleja de la propia misión, los ingenieros que desarrollaron Curiosity desde el diseño inicial hasta la entrega final de componentes a Cabo Cañaveral estaban trabajando contrarreloj. La ventana de tiempo ideal para enviar un paquete de la Tierra a Marte es un período de 2 a 3 semanas que ocurre aproximadamente cada 26 meses. Perder esa ventana habría fijado la misión de nuevo en más de dos años, por lo que los ingenieros de JPL necesitaban analizar piezas y componentes de forma rápida y eficiente para que pudieran ser fabricados.

El papel de Simcenter Femap

Simcenter Femap es el principal preprocesador y postprocesador de JPL para FEA. Para MSL, los ingenieros comenzaron a usar Simcenter Femap al principio de la etapa de diseño cuando estaban realizando estudios comerciales sobre varias configuraciones o diferentes maneras de abordar la misión. A medida que la configuración maduraba, utilizaron Simcenter Femap para ayudar a crear el modelo de elementos finitos maestros que se utilizó para ejecutar los distintos casos de carga.

La mayoría de los analistas estructurales de JPL utilizan Simcenter Femap para crear o ver los resultados de una ejecución de FEA. El software se utilizó tanto para el análisis lineal de alto nivel como para el análisis no lineal muy detallado. Estos son dos tipos de análisis muy diferentes que utilizan la misma pieza de software.

Ciertos trabajos eran simplemente demasiado grandes para una persona, y en algunos casos los ingenieros tenían que basarse en el trabajo de otras personas que previamente habían utilizado Simcenter Femap para construir modelos FEA. Simcenter Femap fue diseñado como un paquete muy fácil de usar, creado para analistas por analistas que son muy conscientes de lo que los ingenieros necesitan y cómo funcionan. Pueden recogerlo después de seis meses de no uso y volver a ser el máximo competente en muy poco tiempo.

Simcenter Femap fue fundamental en la realización de todo tipo de FEA en todos los aspectos del vehículo. Cada componente del vehículo tenía un modelo de nivel superior, tipo cargas, y estos modelos se unieron para crear el modelo completo de la nave espacial. Los ingenieros de JPL trabajaron a través de varios escenarios de “qué pasaría si”, incluyendo hasta 37 casos de carga diferentes para cómo se desplegaría el paracaídas durante el proceso de aterrizaje.

La misión Curiosity no es el único proyecto actual de JPL. Otras misiones incluyen satélites monitoreando las condiciones de la Tierra, telescopios, experimentos y otras naves espaciales.

Las misiones planeadas incluyen la misión InSight que colocará un lander en Marte en 2016 para perforar bajo la superficie e investigar el interior profundo del planeta para entender mejor la evolución de Marte. Incluso hay planes para una misión propuesta de Retorno de Muestras de Marte, que recogería muestras de la superficie de Marte y las devolvería a la Tierra.

Los ingenieros de JPL están utilizando y probablemente seguirán utilizando Simcenter Femap para ayudar a lograr estas y otras misiones de ingeniería, descubrimiento y ciencia.

Cisco utiliza la tecnología de impresión 3D ProJet para ayudar a mantener la tradición del diseño escandinavo

Producto: Impresión CJP
Industria: Productos de Consumo y Venta

“Obtenemos prototipos rápidamente, los refinamos rápidamente, creamos otros nuevos y derivamos nuestros diseños de élite…” – Eskild Hansen, Director del Centro Europeo de Diseño, Cisco Consumer Business Group.
Esta es la historia de cómo los diseñadores profesionales combinaron principios estéticos honrados en el tiempo con la tecnología de impresión 3D para producir algunos de los equipos electrónicos de consumo más elegantes del mundo.

Los dispositivos como los routers inalámbricos, el concentrador de medios y el sistema de audio doméstico inalámbrico crean lo que cisco Consumer Business Group llama la vida conectada, una vida más personal, más social y más visual. La conectividad de red constante es un hecho, y el enfoque se centra en el contenido: la música, el video, las páginas web y los materiales de trabajo que recorren el hogar, la oficina o el aula.

A medida que estos dispositivos se infiltran aún más en el hogar, el equipo de red se vuelve más central para nuestras vidas, pasando de la “sala de computadoras” al espacio habitable. Por lo tanto, al igual que un refrigerador de acero inoxidable, la electrónica debe ser estéticamente agradable con líneas más elegantes y menos boxy, al tiempo que aumenta la conectividad, la fiabilidad y el funcionamiento intuitivo. Por lo tanto, hacer objetos funcionales simples y hermosos es el desafío que los ingenieros de Cisco enfrentan todos los días.

Desafío:
Mantener los estándares de diseño tradicionales en el mundo de la electrónica de consumo de rápido crecimiento

Dado que la excelencia en el diseño es primordial para Cisco Consumer Business Group, la compañía estableció recientemente un Centro Europeo de Diseño en Copenhague, Dinamarca. Aquí la empresa continúa la venerable tradición del diseño escandinavo — funcional, minimalista y asequible — sin comprometer la estética del diseño.

La tradición escandinava de diseño requiere que el ingeniero tenga un prototipo de su creación en sus manos, absorba las proporciones, presida lo que el objeto tiene que decirles y se asegure de que la forma finalmente siga la función. A continuación, el artesano modifica el diseño, crea otro prototipo y examina el nuevo diseño al igual que el primero.

El problema es que los prototipos artesanales tradicionales consumen mucho tiempo y son caros de crear. La mayoría de las tecnologías automatizadas de creación rápida de prototipos son igual de costosas y deben subcontratarse, lo que añade tiempo e inconvenientes al proceso. Y aunque muchos diseñadores confían solo en las imágenes de pantalla 2D, simplemente son insuficientes para crear la calidad que el Grupo empresarial de consumo de Cisco exige. El reto, entonces, es mantener los más altos estándares estéticos mientras se cumplen los plazos en el negocio de electrónica de consumo altamente competitivo, donde el tiempo de comercialización es crítico.

Estrategia:
Invertir en tecnología de impresión 3D

El uso de la tecnología 3D a todo color ProJet CJP ayuda a Cisco a crear rápida y económicamente los modelos físicos que necesita.

La impresión 3D le dio al Cisco Consumer Business Group una manera de aplicar sus exigentes estándares de diseño de una manera que mantenga el ciclo de desarrollo tarareando, asegurando que los productos llegan al mercado a tiempo. El ProJet 460Plus bombea prototipos en horas en lugar de semanas y durante una quinta parte del costo.

“Las proporciones y la ergonomía son primordiales, pero demasiados diseñadores confían solo en las pantallas de los ordenadores como medio de diseño”, dice Eskild Hansen, director del Centro Europeo de Diseño de Cisco. “Para nuestro enfoque de diseño estratégico, dependemos de prototipos físicos y el ProJet 460Plus para cada revisión de diseño, tanto a nivel local como mundial en conjunto con nuestros socios de diseño en los Estados Unidos. El ProJet 460Plus proporciona una manera fácil y eficaz de llevar a cabo una revisión productiva del diseño global.”

Resultados:
Muchos modelos para revisiones de diseño productivo

Cisco utiliza el ProJet 460Plus para crear 10 modelos por semana, en promedio, para la revisión del diseño. Los modelos se imprimen directamente a partir de archivos CAD 3D enviados por diseñadores de Cisco de todo el mundo.

Los diseñadores pasan por los modelos resultantes, los marcan con lápiz, revisan diseños en el software, imprimen nuevos modelos y repiten el ciclo según sea necesario. Los pasos prácticos son una necesidad absoluta, según Hansen, quien seleccionó la tecnología debido a la confianza en la marca y su experiencia usándola en otros entornos. “Obtenemos prototipos rápidamente, los refinamos rápidamente, creamos otros nuevos y derivamos nuestros diseños de élite”, dice Hansen.

Los ProJets son las únicas impresoras 3D capaces de imprimir simultáneamente en varios colores. Color comunica dramáticamente el aspecto, la sensación y el estilo propuestos de los diseños de productos de ingeniería y desarrolla conceptos arquitectónicos, paisajes, figuras de entretenimiento e información médica.

“Es inspirador ver lo que mi equipo puede hacer con lo que el mundo siempre ha recibido como una caja negra básica”, dice Hansen. “Diseños como estos no sólo emergen de una pantalla de computadora. Debido a que el diseño es muy importante, la impresión 3D es un elemento importante de nuestra estrategia de producto”.”

3D BREAK (MJP)- Caso 2.03: Microfound – ProJet MJP 2500 IC

Cómo mejorar el rendimiento de un coche de carreras F3 con Artec Leo

Producto: Artec Leo
Industria: Automotriz y Transporte

Un coche de carreras, como el Dallara F399/01, es el resultado de décadas de avances en ingeniería. Tanto los motores, los chasis, así como los materiales han progresado enormemente para cumplir con el reglamento de los deportes de motor, al mismo tiempo que han aumentado el rendimiento. De hecho, los avances ya realizados a lo largo de los años en la ingeniería de los bólidos de carreras hacen que parezca que no hay mucho margen de mejora. Al menos no sin invertir gran cantidad de tiempo y dinero. Por tanto, ¿qué opciones hay para obtener ventajas técnicas sobre la competición? John Hughes, un estudiante de posgrado de ingeniería de la Universidad de Gales Trinity Saint David (UWTSD), ofreció una respuesta simple: La aerodinámica.

“Cada detalle cuenta, cada milésima que se le gana al crono, es mejor que nada. Por el momento, hemos conseguido aumentar aproximadamente 16 kilómetros por hora de velocidad punta en línea recta. Sólo a través del desarrollo aerodinámico.”

John ha estado trabajando en el alerón delantero del Dallara como parte de su proyecto de máster con otro estudiante de aerodinámica junto con los dos propietarios del coche. Su objetivo es mejorar el rendimiento del vehículo, que actualmente corre en el Campeonato Británico de Sprint, una competición de 16 carreras por temporada, entre carrera y carrera John y su equipo tienen algo de tiempo para trabajar en el coche en el taller de la Universidad, situado justo al lado del puerto de Swansea.

Durante algún tiempo, el equipo utilizó herramientas de medición manual para obtener las dimensiones del F3, pero los resultados carecían de precisión además de requerir mucho tiempo. Naturalmente llegaron a la conclusión de que necesitaban una forma fiable de obtener mediciones mejores y más rápidas. Entonces pensaron en la tecnología de escaneo 3D. Al principio, intentaron métodos básicos de escaneo 3D para obtener un modelo CAD en el que pudieran trabajar, pero aún así no era lo suficientemente preciso. En cuanto conocieron las soluciones de digitalización 3D profesionales, se pusieron en contacto con la empresa británica Cetral Scanning, embajadora de Artec 3D, con el fin de obtener un modelo 3D de las medidas del F3. John supo que había tomado la decisión correcta al ver los escaneos preliminares hechos con el nuevo escáner 3D Artec Leo. “Al ver el escaneo, con esa cantidad de detalles, y en comparación con lo que he visto anteriormente, es lo mejor, realmente increíble”

Nick Godfrey y Tom White de Central Scanning habían analizado previamente la tarea en cuestión, y llegaron a la conclusión de que Leo de Artec era la mejor herramienta para el trabajo. “Leo es capaz de escanear objetos medianos y grandes muy rápidamente. No requiere ninguna preparación previa, y el escaneo puede hacerse directamente in situ”, nos cuenta Nick. “El escáner es totalmente autónomo, lo que significa que no hay cables ni ordenadores de por medio que limiten los movimientos. Podemos capturar virtualmente todo más fácilmente que con cualquier otra solución de escaneo 3D”.

Leo viene equipado con su propia batería, una pantalla táctil que muestra el escaneo en tiempo real, y guarda los datos en una tarjeta de memoria que puede ser transferida posteriormente a un ordenador. Tom escaneó el Dallara en el taller de motores del UWTSD, sin necesidad de ningún mecanismo adicional. En total, el escaneo de todo el coche duró menos de 2 horas. Los datos del escaneo fueron tratados en Artec Studio en un día, y el modelo CAD completo se envió a John unos días después.

En el campo de la aerodinámica, cambios millimétricos en el diseño pueden ser muy importantes. El Artec Leo cuenta con una impresionante tasa de captura de datos de 3 millones de puntos por segundo, con un procesamiento 3D en tiempo real que se muestra directamente en su pantalla. Al tener la geometría de todo el coche escaneada digitalmente con la máxima precisión, John puede ejecutar una mejor simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) en Ansys, analizando todas las opciones para ajustar con precisión el perfil aerodinámico del coche a partir del modelo 3D realista.

“Normalmente comienzo tratando de optimizar el componente actual lo mejor posible sin alterar la geometría de los componentes individuales. Por ejemplo, el alerón delantero actual tiene múltiples elementos, como las viseras y los flaps. Estudiaría si al mover la posición de los flaps se mejoraría el rendimiento general del alerón”, explicó John. “Este proceso puede llevar meses para que funcione bien. Sin embargo, puede acelerarse con el uso del software de Diseño de Experimentos (DoE). Una vez optimizada la geometría original, puedo empezar a desarrollar la geometría estudiando los resultados del CFD. El uso de este método ahorra tiempo de fabricación y costes, ya que intento mantener tanto como sea posible el alerón delantero original”.

Después del análisis y el trabajo de diseño, las piezas modificadas se enviaron a Fibre-Lyte, un fabricante de fibra de carbono especializado en deportes de alto rendimiento. Con una fresadora 3D, son capaces de crear piezas únicas y rentables que pueden ser fabricadas en serie si es necesario.

Las piezas fabricadas han sido instaladas en el coche de carreras, y John ya ha empezado a notar la diferencia: “Hemos comprobado mejoras en línea recta y en las curvas desde que comenzaron las modificaciones. He creado una serie de repeticiones en una plataforma, y cada una de ellas muestra mejoras en el rendimiento. Los resultados de la simulación muestran avances prometedores en el rendimiento”.

Startup Exept utiliza Simcenter Femap con Nastran para desarrollar un marco monocasco para bicicletas de carretera en un entorno virtual

Producto: Femap
Industria: Productos de Consumo y Venta

La solución siemens permite a EXEPT pasar del diseño conceptual al lanzamiento de productos en menos de un año

Desarrollo del monocasco personalizado

Hasta hace poco cualquier ciclista que quisiera comprar una nueva bicicleta tenía dos opciones: comprar una de las grandes marcas con un marco monocasco que está disponible en una gama fija de tamaños con rendimiento basado en la rigidez por peso, o un marco a medida fabricado con la técnica de tubo a tubo. Este tipo de bicicleta tiene tubos que se cortan, soldan y envuelven con fibra de carbono alrededor de las articulaciones (nudos), con los inevitables inconvenientes en la rigidez.

Ahora la startup italiana EXEPT, que tiene su sede en Savona, está proporcionando una tercera vía. Ha desarrollado un proceso que combina los beneficios de ambos enfoques tradicionales para crear marcos monocascos hechos a medida. La técnica monocasca personalizada inventada por EXEPT utiliza moldes móviles para fundar marcos monocascos sin ninguna discontinuidad de fibra de carbono para que se pueda hacer a pedido para cada ciclista.

“La clave de la sostenibilidad económica en la producción de bicicletas es el costo de las herramientas”, dice Alessandro Giusto, cofundador de la compañía y gerente de innovación y simulación. “Un molde puede costar entre 50.000 y 60.000 euros, por lo que sólo las grandes marcas pueden alcanzar volúmenes lo suficientemente grandes como para hacer un molde para cada tamaño. En su lugar, hemos desarrollado una tecnología innovadora para construir todos los tamaños con un molde ajustable.”

La mayor marca italiana fabrica 15.000 bicicletas de alta gama al año, mientras que el plan de negocio de EXEPT contempla producir hasta 3.000 piezas anuales en cinco años.

Experiencia integral

El concepto de molde móvil fue desarrollado por los tres fundadores y refleja su pasión por las bicicletas. Giusto trabajó anteriormente en Continental, un líder mundial en la fabricación de neumáticos, y también tenía experiencia en la industria aeroespacial y el diseño de componentes de automóviles-bon para el negocio de artículos deportivos. El segundo socio comercial, Alessio Rebagliati, es un colega de Continental, mientras que el tercer fundador, Wolfgang Turainsky, es un ingeniero alemán que solía trabajar para un fabricante español de componentes para bicicletas.

Se necesitaron dos años y dos ciclos de prototipos para hacer prototipos que demostraran la viabilidad del proceso monocasco personalizado. Antes de ser analizado con herramientas de simulación y método de elemento finito (FEM), el primer cuadro fue dado a un ex profesional del ciclismo para las pruebas. Una vez que la firma recibió su aprobación técnica, EXEPT presentó el proyecto a un fondo de inversión (Focus Futuro), que proporcionó los recursos necesarios para pasar al diseño detallado, pruebas y certificación.

“La bicicleta fue diseñada desde el principio de acuerdo con el nuevo concepto”, dice Giusto. “Sin embargo, inicialmente no nos centramos en la fibra car-bon, ya que el diseño de materiales compuestos es una actividad compleja que es un trabajo a tiempo completo. Una vez que obtuvimos los fondos para financiar nuestra idea innovadora, podríamos dejar nuestros trabajos anteriores y sumergirnos en la nueva empresa”.

La prueba previa al primer prototipo en mayo de 2018, que fue desarrollado con sólo tres meses de diseño, confirmó los resultados de la simulación y aseguró a Giusto y sus socios que estaban listos para lanzar la bicicleta en la feria Eurobike en julio de 2018.

Decisión infalible

En su experiencia en empresas de ingeniería en las industrias aeroespacial y de artículos deportivos, Giusto tuvo la oportunidad de aprender y apreciar Simcenter™ Software Nastran®, específicamente el modelado de elementos finitos, y el entorno previo y postprocesamiento de Simcenter Femap™ software de Siemens.

“En el sector aeroespacial, Simcenter Nastran es una opción de facto y también usamos Simcenter Femap en nuestra empresa”, recuerda Giusto. “En seis años, de 2007 a 2013, adquirí habilidades avanzadas con estas herramientas, luego estuve a cargo del departamento de cálculo en Continental, donde el análisis no lineal se realiza utilizando herramientas totalmente diferentes.”

Como resultado, cuando comenzó el proyecto EXEPT, Giusto reactivó inmediatamente sus contactos con Siemens. “No necesitábamos análisis comparativos ni benchmarking”, dice. “Sabía que necesitábamos Simcenter Nastran, y la compensación calidad/precio para Simcenter Femap era excelente. Todo lo que tenía que hacer era llamar a Siemens para explicar nuestros requisitos y obtener una oferta adecuada, que aceptamos inmediatamente”.

EXEPT compró un paquete bloqueado de nodos que incorpora Simcenter Femap con Nastran Basic en una única solución integrada.

El equipo de EXEPT inicialmente trabajó con lápiz y papel, procediendo aumentando los niveles de complejidad para identificar las cargas que actuaron sobre la estructura. La siguiente etapa fue el desarrollo del primer modelo FEM simplificado.

“Hicimos un modelo muy simple; en el espacio aerodinámico, lo llaman Global FEM, que se compone de elementos unidimensionales (barras), e investigamos las propiedades de carga de estos tubos en diferentes condiciones de conducción, frenado e impacto”, explica Giusto. “Este enfoque es muy útil, ya que proporciona comentarios rápidos para cada sección de fotogramas. Luego pasamos a un modelo de material isotrópico, simulando un marco de aluminio con espeso constante, y utilizando la información de la FEM Global, identificamos dónde debemos disminuir o aumentar las secciones transversales para optimizar la rigidez y el peso. Finalmente, trabajamos en la geometría, que se volvió a mallar con cuatro modificaciones para aumentar la rigidez en un 27 por ciento. ¡Esto se hizo simplemente abordando la geometría!”

El desafío del carbono

Después de optimizar la rigidez del bastidor, los ingenieros del EXEPT se centraron en el diseño del carbono. Para definir el libro de ply, también conocido como la secuencia de laminación, Giusto ajustó la estructura 82 veces, logrando resultados extraordinarios.

“En comparación con la rigidez inicial del prototipo no optimizado, aumentamos la rigidez torsional en un 150 por ciento mientras aumentamos el peso monocasco en sólo un 12 por ciento”, dice Giusto. “En esta fase, Simcenter Femap ofreció enormes beneficios en términos de tiempo y costos, lo que nos permitió probar y analizar las capas y la dirección de las fibras sólo en el dominio virtual, sin aumentar la cantidad de material utilizado.”

EXEPT ejecutó un análisis comparativo en profundidad del rendimiento de más de 800 marcos de stock (en tamaños estandar) desarrollados y vendidos en los últimos tres a cuatro años con el fin de identificar y lograr objetivos de rigidez y peso de gama alta.

“El primer fotograma no optimizado que hicimos fue el tercero mejor en términos de rigidez de 800 fotogramas que analizamos”, dice Giusto. “Empujamos la rigidez hasta ahora que decidimos reducirla después para las pruebas de carretera, para encontrar el mejor equilibrio entre rigidez y rideability. Sabes, reducir un parámetro optimizado es mucho más fácil que aumentarlo.”

A finales de junio de 2018, el excelente rendimiento del monocasco personalizado de EXEPT y la fiabilidad de las simulaciones Simcenter Femap fue confirmado y certificado con pruebas por un laboratorio alemán independiente: La desviación entre la prueba real y la simulación fue inferior al 5 por ciento.

Giusto destaca cómo el uso de Simcenter Femap aceleró el desarrollo de nuevos marcos: “Compramos Simcenter Femap con Nastran en septiembre de 2017 y comenzamos a laminar carbono en enero de 2018, entregando el libro de ply a finales de marzo. Con Simcenter Femap, tomó menos de tres meses para más de 80 ciclos de iteración. Sólo tiene en cuenta que el plazo promedio de entrega de una bicicleta de marca es de dos años. Lanzamos nuestro modelo en julio, después de haber comenzado a trabajar en él menos de un año antes.

“Todo esto sólo fue posible gracias a la simulación; no hicimos iteraciones físicas. Nadie en la industria del ciclismo en Italia tiene actualmente herramientas comparables. Al principio nos pusimos en contacto con los departamentos de ingeniería de las grandes marcas para presentar nuestro concepto; tienen un enfoque convencional porque nunca desarrollan un marco desde cero. Comienzan con la experiencia de su proveedor de carbono y confían en socios externos para el desarrollo posterior.”

Combinación de software y servicios

Giusto no tiene dudas cuando se le pide que enumere los beneficios clave de Simcenter Femap: “El factor clave de éxito es el postprocesamiento. Simcenter Femap es sin duda el mejor de todos los motores postprocesamiento que he utilizado en mi carrera. Simcenter Femap con Nastran tiene un entorno completo para el análisis de tensión lineal de estructuras compuestas, que es adecuado para nuestras tareas. El software siemens nos permite consultar el modelo y extraer tanta información como sea posible de estructuras como nuestros marcos; por ejemplo, el uso de análisis de cuerpo libre para identificar la interacción de fuerzas dentro de la estructura.”

La pantalla visual clara e intuitiva de Simcenter Femap ayuda al usuario a subsanar mejor el modelo y proporciona herramientas avanzadas de generación de informes para la extracción de datos. Como resultado, la construcción del modelo es intuitiva, rápida ymagra. “Cuando empecé a trabajar a tiempo completo con Simcenter Femap y Simcenter Nastran para simular nuestros fotogramas, no empecé de cero, pero aún así necesitaba un poco de entrenamiento para refrescar mi memoria después de siete años usando software diferente. Cada vez que tengo un problema, sólo tengo que recoger el teléfono y los ingenieros están siempre listos para responder preguntas a mi plena satisfacción. Pueden indicar la mejor manera de abordar el análisis con un presupuesto limitado mientras utilizan la configuración de software más adecuada para nuestras necesidades, independientemente de la situación.”

Con las capacidades avanzadas de FEM de Simcenter Femap, EXEPT puede ejecutar simulaciones sofisticadas y críticas, pruebas estáticas y dinámicas, y simulaciones de eventos mecánicos complejos como caída e impacto.