Diseño óptimo de un mecanismo paralelo enfocado en manufactura aditiva (2023)
La manufactura aditiva es una técnica cuyo principio técnico es la adición de capas de material para fabricar piezas. Aunque se han hecho estudios en pro de su mejora en aspectos de deposición, control de temperatura, flujos y movimientos, estos últimas aún presentan retos a superar. Las máquinas convencionales tienen movimientos cartesianos que genera dificultades relacionados con el acabado, con los requerimientos isotrópicos, con la unión de capas, con el uso de material de soporte, con las bajas velocidades de impresión y con la imposibilidad de imprimir alrededor de obstáculos. Con el fin de mejorar estos aspectos, algunos desarrollos han usado mecanismos paralelos como base de movimiento; sin embargo, las técnicas convencionales de diseño estos mecanismos se han concentrado en dividir esta etapa en fases. Usualmente, se concentran los primeros esfuerzos en los requerimientos estructurales y geométricos, para luego pasar a la fase de control. El resultado de esto son mecanismos sobredimensionados con altos requerimientos energéticos y costos elevados. Por tal motivo es necesario desarrollar un mecanismo paralelo que incremente la multidireccionalidad del sistema y optimice los requerimientos volumétricos, con movimientos suaves, demanda energética pequeña y buena precisión de movimientos. Por tal motivo, se planteó una estrategia de diseño considerando aspectos como:el análisis cinemático y dinámico del mecanismo; un espacio de trabajo computacionalmente eficiente debido a sus características discretas y técnicas de búsqueda;un nuevo índice de manipulabilidad; una estrategia de control robusta donde se examinen sus errores y esfuerzos de control; indicadores de desempeño energético y de eficiencia de control y el planteamiento de funciones objetivo que junto con sus restricciones fueron evaluadas paralelamente en algoritmos metaheurísticos de optimización. Esta estrategia de diseño no solo logró obtener un mecanismo paralelo con seis grados de libertad, llamado HEXA, para su implementación en manufactura aditiva, sino que, presentó nuevas formas de análisis y control de mecanismos de cinemática paralela que involucran análisis y desarrollos geométrico, de movimiento y de control. Finalmente, la metodología empleada puede ser la base para el análisis, diseño y optimización otros mecanismos paralelos y hace que ésta forma de diseño tenga el potencial de crear nuevas investigaciones, profesiones, industrias y empleos; impactando la academia y la industria.