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Design Thinking, Cadena de suministro

Simulación por ordenador en el diseño de embalajes de transporte: Aplicaciones y perspectivas

17 marzo 2023

La simulación por ordenador, o  por computadora, no solo permite diseñar objetos de manera digital con una precisión extraordinaria e incluyendo hasta en el más mínimo detalle, sino que también permite predecir su comportamiento en diferentes condiciones

Este método es especialmente útil en el desarrollo de productos que, debido a sus funciones específicas, están obligados a tener una alta resistencia. Un ejemplo sería los embalajes de transporte

Ventajas de utilizar el diseño asistido por ordenador 

La simulación por ordenador permite realizar pruebas digitales de un objeto para comprobar cómo se comportará en diferentes circunstancias. Los software de simulación avanzados permiten crear modelos en 3D de gran realismo, pudiéndose realizar, con gran rapidez y prácticamente con un solo clic, las correcciones y modificaciones necesarias

Durante el proceso de simulación es muy fácil corregir los errores y puntos débiles del diseño de un producto, hasta lograr el prototipo final idóneo y pasarlo a producción. Todo ello se realiza en un espacio virtual, sin desperdiciar materias primas y ahorrando mucho tiempo y dinero.  

Herramientas CAD, CAE, CAE y DFM: ¿Cómo usarlas de manera efectiva? 

Los sistemas CAD (diseño asistido por ordenador) se usan tanto para el software Autodesk Autocad, como para referirnos a una amplia gama de programas que permiten crear, modificar, analizar y optimizar planos y modelos, tanto en 2D como en 3D

La herramientas CAD incluyen la ingeniería asistida por ordenador (CAE) y la fabricación asistida por ordenador (CAM), así como el diseño para la manufactura y el ensamblaje (DFMA)

Los software CAD más avanzados incluyen la denominada simulación numérica. Este tipo de simulación por ordenador, de altas prestaciones, tiene infinidad de aplicaciones en muchos sectores industriales. Permie predecir el comportamiento de dispositivos, productos y procesos. Destaca especialmente la simulación numérica de fenómenos mecánicos, estructurales, térmicos y termodinámicos

En el sector de la automoción, las herramientas de simulación han permitido acelerar, significativamente, el desarrollo de productos y reducir costes. Facilita enormemente la mejora de la seguridad, el confort y la durabilidad, tanto de los componentes de automoción por separado,  como de los propios vehículos. 

El diseño y fabricación de los embalajes utilizados en el transporte también se benefician de las altas prestaciones de los software de simulación. En este caso, juega un papel decisivo la fiabilidad del mapeo de las cargas y de las tensiones a las que pueden estar sujetas los componentes individuales. Permite predecir diversas situaciones durante la carga, el transporte y el almacenamiento. 

Sistemas CAD 2D vs 3D en el diseño de envases de EPP Y EPS 

Existe dos grandes tipos de sistemas de diseño CAD: 2D y 3D. Los primeros actúan como un tablero de dibujo virtual, por lo que a menudo se utilizan para crear bocetos conceptuales. Los  software 3D son mucho más avanzados, permitiendo modelar estructuras complejas muy realistas. El diseño 3D se utiliza con mucha frecuencia en el diseño de envases de Polipropileno Expandido (EPP) y Poliestireno Expandido (EPS).  

Los software CAE brindan aún más posibilidades. Además de realizar cálculos de resistencia de los objetos, también pueden verificar su comportamiento en diversas condiciones de carga, vibraciones o temperatura.  

¿Cómo acelerar el proceso de diseño con el software CAE? 

Modelización y simulación por ordenador.
Modelización y simulación por ordenador.

Los programas de diseño asistido por computadora, que se usan hoy en día, han alcanzado un grado muy alto de capacidad predictiva. Esto permite que el proceso de verificación del diseño sea, en gran parte, virtual.  

Los análisis realizados con el software CAE no solo eliminan la necesidad de preparar más prototipos, sino que también permiten encontrar y corregir los puntos débiles del diseño con anticipación.  

En la actualidad, existen herramientas altamente especializadas con las que podemos someter nuestros embalajes de EPP y EPS a una variedad de pruebas mecánicas. Estas incluyen pruebas  estáticas y dinámicas, así como simulaciones de transferencia de calor.  

Cómo usamos en Knauf los sistemas CAD: Ejemplos de modelado tridimensional y simulación por computadora  

En el grupo Knauf utilizamos los software de simulación más avanzados para realizar test de comportamiento de muchos de nuestros productos. Posteriormente, también realizamos pruebas en condiciones reales, con el objeto de comparar los resultados simulados con los reales, lo que nos permite asegurar la confiabilidad y fiabilidad de nuestros artículos.  

Además, nuestro software especializado nos permite reproducir, con gran precisión, las formas de los elementos que se transportan y transferirlas directamente al molde de empaque. Por otro lado, si el cliente no tiene un modelo 3D del componente en cuestión, podemos diseñar uno mapeando un producto ya existente. Para lograrlo, usamos tecnología de escaneo 3D e ingeniería inversa. 

Las herramientas desarrolladas por nuestros departamentos de I+D+i nos permiten determinar, de manera inequívoca, las prestaciones de los embalajes que producimos a partir de diversos materiales, como EPP, EPS y termoplásticos.  

Por otro lado, la simulación de situaciones reales es crucial, ya que los embalajes utilizados en el transporte a veces están sujetos a cargas extremas,  lo que nos sirve para asegurar la fiabilidad de nuestros productos.  

Una de las pruebas que utilizamos es una simulación por ordenador de la caída de una pieza metálica sobre un paquete, desde una altura determinada. De esta forma, es posible determinar con precisión el nivel de resistencia de la estructura, el grado de deformación y la capacidad de absorción del material. Por consiguiente, podemos comprobar con qué eficacia el embalaje es capaz de proteger el contenido de posibles daños.  

Las simulaciones dinámicas también pueden predecir otros escenarios, como la caída de un paquete vacío o la protección de un contenido específico, entre otras cuestiones.  

La prueba estática, por otro lado, implica verificar, por ejemplo, cuánto se deformará un paquete cuando se coloca encima otro contenedor con contenido. En este caso, el vector de fuerzas que actúan sobre el producto está dirigido de arriba hacia abajo, pero también se pueden ensayar las fuerzas que actúan sobre un recipiente colocado encima.  

La visualización de la deformación permite determinar con el cliente un grado de deformación aceptable y realizar posibles cambios. Por ejemplo: aumentar la densidad del material utilizado, el espesor de la pared o incluso sustituir el material.  

La simulación térmica de envases también es extremadamente útil. Otra cuestión fundamental es determinar cómo se propagan las temperaturas, especialmente en las industrias médica o de bienes de consumo masivo. Estas pruebas pueden incluir, por ejemplo, la simulación de un cubo de hielo dentro de un paquete. 

La gama de ensayos que se llevan a cabo en los laboratorios de Knauf Industries y Knauf Automoción es mucho más amplia. Puede incluir también otras áreas de análisis, elementos fabricadas con otros materiales o incluso ensamblajes de componentes acabados.  

Podemos estudiar la resistencia de, por ejemplo, una banqueta trasera reforzada con un inserto de aluminio o de acero, el comportamiento del reposapiés de un automóvil e, incluso, un asiento completo durante un impacto.  

La simulación numérica es, actualmente, un área intensamente desarrollada en el grupo Knauf, debido a que es un punto de partida óptimo para mejorar, sistemáticamente, nuestra gama de productos. También nos permite buscar nuevas aplicaciones para nuestros materiales y tecnologías en los campos de la seguridad, la eficiencia energética y el diseño.  

Asimismo, los software de simulación nos permiten realizar minuciosos análisis de viabilidad y costes. ¡Estaremos encantados de asesorarle individualmente a este respecto y le invitamos a colaborar con nosotros! 

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