nTopology es un CAD para fabricar piezas mediante impresión 3D

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El software de diseño de la empresa estadounidense nTop (anteriormente conocida como nTopology) es un enigma para aquellos menos familiarizados con el diseño para fabricación aditiva. Aunque se asemeja al software CAD tradicional, está optimizado de manera única para la creación de piezas y productos destinados a ser fabricados mediante impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva.

Ha sido considerado el software fundamental del movimiento Diseño para fabricación aditiva (DfAM), y los ingenieros lo utilizan para diseñar o rediseñar piezas, buscando hacerlas más livianas y eficientes en comparación con las fabricadas mediante métodos tradicionales de fabricación.

Productos diseñados con nTop: Por ejemplo, el componente de la nave espacial de Aerojet Rocketdyne, el casco de Bauer Hockey, los tornillos quirúrgicos de SI-Bone (Fuente: nTop)

nTopology presente en el diseño de naves espaciales

Por ejemplo, Aerojet Rocketdyne ha utilizado nTop para optimizar un componente de su nave espacial, logrando que fuera un 67% más ligero y un 66% más económico en comparación con la fabricación convencional. Bauer Hockey lo utilizó para desarrollar un acolchado para cascos que absorbe más impacto que la espuma tradicional.

La empresa de dispositivos médicos SI-Bone lo empleó para diseñar tornillos quirúrgicos con estructuras reticulares que promueven el crecimiento óseo, algo imposible de lograr con tornillos quirúrgicos fabricados convencionalmente.

Diseñar una pieza para la impresión 3D difiere de otros métodos de fabricación. Las tecnologías aditivas ofrecen una gran libertad de diseño en comparación con el moldeo por inyección o el mecanizado CNC, y nTop señala que se requieren herramientas de software únicas para aprovechar al máximo estas capacidades.

En mayo de 2023, nTop lanzó una serie de nuevas capacidades para su plataforma de software patentada, que se presentó por primera vez en 2015 con el objetivo de superar las limitaciones del software CAD tradicional. Las nuevas funciones de nTop 4, que detallamos a continuación, están diseñadas para ayudar a los usuarios a integrar todas las herramientas, funciones y datos de la plataforma en un flujo de trabajo de diseño más manejable, repetible y automatizado.

nTop ofrece herramientas de diseño para crear:

- Estructuras de celosía.
- Piezas de topología optimizada.
- Diseños que cumplen objetivos y limitaciones específicas.
- Estructuras huecas.
- Diseños de celosía interna.
- Partes consolidadas en una.
- Piezas ligeras.
- Simulaciones estructurales, térmicas y de celosía.
- Múltiples versiones basadas en perímetros.
- Y otras más.

Puedes acceder al sitio web desde aquí.

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Ntop, anteriormente conocido como Ntopology, es un software especializado en la generación de celosías, que son estructuras reticulares utilizadas en la fabricación aditiva. Las celosías son reconocidas como una característica distintiva de esta tecnología, ya que no pueden ser fabricadas de otra manera en la mayoría de los casos. Al rellenar una parte sólida con una red reticular, se logra reducir el peso y los materiales necesarios, lo cual ha permitido la creación de innovadores intercambiadores de calor y propulsores de cohetes, por mencionar solo dos aplicaciones.

El software de nTop ofrece una amplia gama de opciones y características para la creación de celosías, lo que lo convierte en una herramienta rápida y eficiente. A diferencia de la mayoría de los programas CAD, que no facilitan la creación rápida y eficiente de estructuras reticulares complejas, nTop utiliza un motor de modelado implícito. En este enfoque, la geometría 3D se define mediante funciones matemáticas en lugar de superficies y bordes externos.

Esto permite a los ingenieros generar rápidamente estructuras complejas, como las celosías, al mismo tiempo que garantiza la confiabilidad necesaria para la automatización de los procesos de diseño.

Capacidad de aceleración por GPU

Una de las características destacadas de nTop es su capacidad de aceleración de GPU, lo que permite una visualización en tiempo real de las estructuras de celosías. Gracias a ello, el software ofrece la posibilidad de obtener una vista previa de los cambios de diseño y reconstruir incluso las celosías más complejas en cuestión de segundos. Además, ofrece la opción de ajustar los perímetros de las celosías en cada punto del espacio y guardar las preferencias en un flujo de trabajo reutilizable.

Si eres nuevo en el uso de celosías, nTop incluye un curso introductorio para familiarizarte con este tipo de estructuras. Además, el equipo de nTop ha publicado una gran cantidad de videos tutoriales que pueden ser de gran ayuda para comprender y aprovechar al máximo el software.

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Ya está claro que nTop no se trata solo de un software para optimizar la topología, sino que es una característica en la que este producto brilla.

Es posible que ya sepas que la optimización de topología aplica técnicas basadas en simulación para minimizar el uso de material. La eliminación de material de áreas que no soportan cargas significativas genera una pieza que cumple con los objetivos de diseño (como la reducción de peso) al mismo tiempo que cumple con los requisitos de diseño, como los materiales disponibles o las restricciones de fabricación.

Centrándonos solo en optimizar la topología, los algoritmos involucrados en dicha faceta pueden arrojar algunas formas de aspecto loco que no se pueden fabricar, excepto mediante la impresión 3D. Hoy en día, la optimización de topología se aplica principalmente en aplicaciones aeroespaciales y automotrices para reducir el peso y mejorar el rendimiento de naves espaciales y autos de carrera, pero también lo verá en los sectores médico, industrial y de productos de consumo, así como en arquitectura y arte.

nTop nos ofrecen un control detallado del proceso

Las herramientas de optimización de topología en nTop nos ofrecen un control detallado del proceso. Optimizar para objetivos de diseño únicos o múltiples, incluido el cumplimiento estructural de cargas específicas, fracción de volumen, tensión, desplazamiento, propiedades de masa y frecuencia de resonancia. Las restricciones geométricas disponibles incluyen simetría plana, extrusión, voladizo y repetición de patrones. Puede definir materiales con propiedades personalizadas o seleccionar de una lista de valores preestablecidos.

Para verificar los resultados de optimización de topología, nTop tiene capacidades de simulación integradas y también puede exportar mallas de simulación para análisis FEA o CFD en herramientas de simulación externas. También puede exportar sus piezas en formato de archivo STEP o Parasolid a su programa CAD favorito.

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Hoy en día, ningún software de diseño de ingeniería está completo sin simulación. Aunque no reemplaza las pruebas físicas, la simulación ahorra mucho tiempo durante todo el proceso de diseño. Si es lo suficientemente potente, puede acelerar las iteraciones y evitar errores en el diseño.

En el caso de nTop, en lugar de depender de la simulación al final del proceso, se integra en sus características principales. Esto significa que los resultados de las simulaciones influyen directamente en la geometría de la pieza. nTop incluye herramientas de análisis de elementos finitos (FEA) que permiten optimizar el volumen y peso, analizar la transferencia de calor, calcular el estrés y la deformación. Por ejemplo, los resultados de la simulación pueden guiar el aumento de espesor en estructuras reticulares o en áreas con mayores tensiones.

Permite simulaciones termomecánicas

nTop también tiene la visión de agregar simulaciones en áreas como termomecánica, flujo de fluidos, acústica y electromagnetismo.

Aunque actualmente no cuenta con herramientas de dinámica de fluidos computacional, es posible importar modelos a nTop desde otros softwares de simulación. Además, se pueden exportar modelos completos de piezas, incluyendo geometría, materiales y condiciones de contorno, a formatos compatibles con las principales herramientas externas de simulación y optimización de diseño.

En la actualidad, nTop permite importar resultados de análisis estructural y térmico en los formatos nativos de ANSYS Mechanical, Nastran, Patran y otros. Además, admite datos de ingeniería provenientes de softwares CAD, generadores de mallas y datos tabulados.

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Si no estás en posición de costear el precio de nivel empresarial de nTop, que está a la par de software de ingeniería de alta gama como Ansys, Creo y CATIA, ¿cuáles son las alternativas? Bueno, existen formas menos costosas de obtener versiones menos completas de las características y soluciones muy enfocadas que podrían ser sustitutas de partes de nTop. Por ejemplo, si tu principal interés es en las estructuras reticulares, hay soluciones independientes como Gen3D Sulis o General Lattice. Del mismo modo, para la simulación hay varias soluciones, pero ninguna de ellas sería considerada económica.

Para familiarizarte con las características que encuentras en nTop 4, considera las siguientes alternativas:

Autodesk Fusion 360

Fusion 360 de Autodesk, además de ser un programa CAD, ofrece una creciente lista de características de Diseño para Fabricación Aditiva. La tecnología de diseño generativo de Autodesk, ofrecida como una extensión opcional para Autodesk Fusion 360, permite explorar rápidamente múltiples soluciones basadas en restricciones de fabricación, costo y requerimientos de rendimiento del producto. En 2022, Autodesk lanzó una vista previa de una nueva herramienta de diseño generativo en Autodesk Fusion 360 que te permite explorar diseños alternativos más temprano en tu flujo de trabajo. La nueva herramienta de Modelado Automatizado te permite crear y considerar rápidamente múltiples alternativas de diseño para conectar dos o más caras en tu diseño.

Dentro de Autodesk Fusion 360, también encontrarás un módulo de optimización de topología que te permite explorar opciones de diseño para reducir peso, mejorar el rendimiento y consolidar piezas. También hay un entorno de simulación donde puedes someter tu diseño a esfuerzos estáticos y térmicos, pandeo estructural y simulaciones de eventos como caídas.

Para llevar tu optimización de topología un paso más allá, está Autodesk Fusion 360 con los módulos opcionales Netfabb Premium o Netfabb Ultimate, que cuentan con herramientas más avanzadas para el diseño generativo, la simulación y la integración con Autodesk Nastran FEA Solver, que es una herramienta de análisis de elementos finitos utilizada para analizar las características de estrés lineal y no lineal, dinámica y transferencia de calor de estructuras y componentes mecánicos.

CREO

El software CAD Creo de PTC también cuenta con un módulo de diseño generativo para explorar numerosas opciones de diseño innovadoras de manera simultánea y está completamente integrado en un entorno de simulación. La extensión Generative Topology Optimization (GTO) de Creo, relativamente nueva, y la extensión de Diseño Generativo basado en la nube (GDX) te ayudan a optimizar diseños de productos según tus restricciones y requisitos, incluyendo materiales y procesos de fabricación.

No solo es una herramienta de modelado, sino que también va más allá hacia el diseño impulsado por simulación a través de la Simulación impulsada por Ansys en Creo. Este proceso permite análisis en tiempo real para esfuerzos estructurales, modales, térmicos y de flujo de fluidos.