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Anexos
“Caracterización de
scaffolds construidos con 3D printing
mediante simulación
computacional”
TFG presentado para optar al título de GRADO en
INGENIERÍA MECÁNICA
por Victor Aguilar Gual
Barcelona, 9 de Junio de 2015
Director: Ricardo Javier Principe Rubio
Departamento de Mecánica de Fluidos(MF)
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Caracterización de scaffolds construidos con 3D printing mediante simulación computacional
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ÍNDICE ANEXOS
Índice Anexos.....................................................................................1
Índice Figuras.....................................................................................2
ANEXO A: Diseño de los scaffolds en SolidWorks..............................3
A.1. Scaffold General..................................................................3
A.2. Dos hilos para comparativa de distintas rugosidades................7
A.2.1 Pasos a seguir para su diseño.....................................7
A.2.1 Rugosidades estudiadas...........................................10
A.3. Capa rugosa......................................................................12
Victor Aguilar Gual
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ÍNDICE FIGURAS
Figura A.1. Representación tridimensional del cilindro en Solidworks…......3
Figura A.2. Croquis de la capa de hilos en posición vertical......................4
Figura A.3. Croquis del perfil del hilo en la capa de hilos verticales………....4
Figura A.4. Representación tridimensional del tubo en la operación de
barrido para la capa de hilos verticales……………..…….….……………………………….5
Figura A.5. Representación tridimensional del tubo con la capa vertical
creada...............................................................................................5
Figura A.6. Croquis de la capa de hilos en posición horizontal…........….……6
Figura A.7. Representación tridimensional del tubo en la operación de
barrido para la capa de hilos horizontales………………….………….…………………..…6
Figura A.8. Representación tridimensional del scaffold general……..….………7
Figura A.9. Croquis del hilo rugoso…………………………………………………..….……..8
Figura A.10. Menú de curva conducida por ecuación en SolidWorks.......….8
Figura A.11. Representación en el plano Z=0 del hilo rugoso y del croquis del hilo liso………………………………………………………………………………….………….…….…9
Figura A.12. Croquis del perfil del hilo liso……………………….………………….….….9
Figura A.13. Representación tridimensional de la geometría de los hilos
contenidos en el cilindro……………………………………………………………………….………10
Figura A.14. Croquis del perfil del hilo rugoso de tipo 1……………….………….10
Figura A.15. Croquis del perfil del hilo rugoso de tipo 2………………….……….11
Figura A.16. Croquis del perfil del hilo rugoso de tipo 3……………….………….11
Figura A.17. Croquis del perfil del hilo rugoso de tipo 4………………….…......12
Figura A.18. Croquis del perfil de los hilos de la capa rugosa……..…….…...13
Caracterización de scaffolds construidos con 3D printing mediante simulación computacional
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ANEXO A: DISSENYO DE
LOS SCAFFOLDS EN
SOLIDWORKS
En este Anexo se detallan todos los pasos que se ha seguido en Solidworks
para diseñar los diferentes modelos que se han estudiado en este trabajo.
Como bien se ha comentado en la introducción se han configurado tres
modelos base. Todas las medidas y informaciones de dichos modelos se
encuentran recogidas en el apartado de Planos.
A.1. Scaffold General Para diseñar este modelo se han realizado tres operaciones:
1) Primero de todo se ha dibujado el cilindro en el cual se situará el
scaffold. Se han creado dos planos con una separación de 10 mm
entre ellos , y de 5mm con respecto al origen de coordenadas. A
continuación se ha una dibujado una circunferencia de 9.7mm en
cada uno de ellos, y posteriormente se le ha aplicado una operación
de recubrimiento a los croquis, con la cual obtenemos un cilindro
cerrado y vacío en su interior.
Figura A.1. Representación tridimensional del cilindro en
Solidworks.
Victor Aguilar Gual
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2) Una vez tenemos se ha dibujado el cilindro debemos proceder al
diseño del scaffold. Primero se ha diseñado la capa que tiene los hilos
en posición vertical. Se ha dibujado un nuevo plano situado a 0.25
mm del plano de Alzado, en el que se realizo el croquis de esta capa
como se observa en la Figura A.2.
Seguidamente se ha insertado otro plano paralelo a la Planta (Plano
5), y coincidente con uno de los extremos del croquis de guía. En
este plano se ha coquizado una circunferencia de 0.3 mm de
diámetro que será el grosor que tendrá el hilo de dicha capa.
Figura A.2. Croquis de la capa de hilos en
posición vertical.
Figura A.3. Croquis del perfil del hilo en la capa de hilos verticales.
Caracterización de scaffolds construidos con 3D printing mediante simulación computacional
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Una vez tenemos dibujados estos dos croquis, aplicamos la operación de
Barrido, cogiendo la circunferencia como perfil y el croquis 3 como ruta a
seguir. De esta forma hemos obtenido la primera capa.
Figura A.5. Representación tridimensional
del tubo con la capa vertical creada.
Figura A.4. Representación tridimensional del tubo en la operación
de barrido para la capa de hilos verticales.
Victor Aguilar Gual
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3) El tercer paso es realizar una segunda capa con los hilos en dirección
transversal a la anterior. Se han seguido los mismos pasos que en la
operación anterior, con la diferencia, que en este caso el croquizado
se realizará sobre un plano, que tendremos que insertar, y que se
encuentra a -0.25 mm del Alzado. Las medidas de esta capa son
idénticas a las utilizadas anteriormente.
Figura A.6. Croquis de la capa de hilos en posición
horizontal.
Figura A.7. Representación tridimensional del tubo en la operación de
barrido para la capa de hilos horizontales.
Caracterización de scaffolds construidos con 3D printing mediante simulación computacional
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Tras seguir todos estos pasos se ha obtenido la geometría que se muestra
en la Figura A.8.:
A.2. Dos hilos para la comparativa de distintas rugosidades
A.2.1. Pasos a seguir para su diseño
Para el diseño de este modelo se han utilizado pasos muy parecidos que se
han visto en anterior caso. Se ha creído conveniente representar
únicamente dos hilos de una misma capa, ya que el objetivo de este diseño
es estudiar cómo puede llegar a afectar la construcción de una superficie
que sufre una serie de rugosidades y/o imperfecciones, a los esfuerzos
viscosos a los que se encuentra sometido el scaffold. Para realizar este
estudio se han decidido analizar cuatro rugosidades distintas.
Para estos cuatro casos, se han seguido estos pasos:
1) Primero se ha dibujado el cilindro que contendrá la geometría, la cual
está vez tendrá un diámetro de 9.6mm. Utilizando una operación de
recubrimiento a través de dos planos, en los que se han dibujado dos
circunferencias de diámetros idénticos.
Figura A.8. Representación tridimensional del scaffold general.
Victor Aguilar Gual
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2) Como nos interesa ver cómo afecta el impacto del fluido y los esfuerzos
que produce este en el scaffold, se ha decidido representar los dos hilos
en la capa más cercana a la entrada, es decir la capa la cual contiene
los hilos en posición horizontal.
Primero de todo dibujaremos el hilo con rugosidades. Para ellos se ha
utilizado una operación de Barrido en la que el croquis de ruta a seguir
consta de una línea horizontal de longitud 8.42 mm y separada 0.4 mm
del origen de coordenadas.
El perfil empleado se ha confeccionado a través de la opción de croquis
: “Curva conducida por ecuación”. La cual nos permite, tal y como
podemos ver en la Figura A.10., insertar la ecuación paramétrica de la
curvatura que queramos dibujar en los cuatro diseños.
Figura A.9. Croquis del hilo rugoso.
Figura A.10. Menú de
curva conducida por
ecuación en SolidWorks
Caracterización de scaffolds construidos con 3D printing mediante simulación computacional
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3) Finalmente, para dibujar el hilo liso. Para ellos se ha utilizado un
Barrido igual que en el anterior paso. Utilizando un croquis de ruta con
las mismas medidas pero está vez situado 0.4 mm por debajo del
origen de coordenadas.
El perfil para este hilo es el mismo que el utilizado en el “Scaffold
General”, una circunferencia de diámetro 0.3 mm.
Figura A.12. Croquis del perfil del hilo liso.
Figura A.11. Representación en el plano Z=0 del hilo
rugoso y del croquis del hilo liso
Victor Aguilar Gual
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Una vez aplicado el Barrido obtenemos el modelo deseado, que se observa
en la Figura A.13.:
A.2.2. Rugosidades estudiadas
Para cada uno de los cuatro modelos rugosos se han empleado distintas
ecuaciones paramétricas a la hora de dibujar el perfil de barrido del hilo. A
continuación se muestran estas ecuaciones para cada tipo de rugosidad, así
como el perfil que representan.
Rugosidad tipo 1:
X=((0.145+0.005*sin(100*t)))*cos(t)
Y=((0.145+0.0005*sin(100*t)))*sin(t)
Figura A.13. Representación tridimensional de la geometría de los
hilos contenidos en el cilindro.
Figura A.14. Croquis del perfil del
hilo rugoso de tipo 1.
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Rugosidad tipo 2:
X=((0.145+0.0009*sin(100*t)))*cos(t)
Y=((0.145+0.005*sin(100*t)))*sin(t)
Rugosidad tipo 3:
X=((0.145+0.0009*sin(100*t)))*cos(t)
Y=((0.145+0.0005*sin(100*t)))*sin(t)
Figura A.15. Croquis del perfil del
hilo rugoso de tipo 2.
Figura A.16. Croquis del perfil del hilo
rugoso de tipo 3.
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Rugosidad tipo 4:
X=((0.145+0.005*sin(100*t)))*cos(t)
Y=((0.145+0.005*sin(100*t)))*sin(t)
A.3. Capa Rugosa
Por último en este diseño se ha representado solamente una lámina del
Scaffold General, pero a diferencia del primer caso tendrá una serie de
rugosidades a lo largo de sus hilos. La capa que se ha escogido, de los que
forman el Scaffold General, ha sido el que tiene los hilos en posición
horizontal, ya que es el primero con el que el fluido entrará en contacto una
serie
Par diseñarlo, primero de todo, se ha cogido como punto de partida el
cilindro que contiene el Scaffold General de 9.7mm.
A continuación para dibujar esta capa, se ha utilizado el mismo croquis con
el que se había dibujado la capa horizontal en el primer caso. Con una única
diferencia, a la hora de aplicar el barrido el perfil elegido se ha diseñado a
través de un “spline” aplicando una serie de ecuaciones como en al anterior
capítulo en el que se han diseñado únicamente los dos hilos.
Para este caso se han usado distintas ecuaciones paramétricas dependiendo
del cuadrante, ya que SolidWorks nos permite aplicar esta opción para cada
cuarto de circunferencia.
Las ecuaciones que dibujan el perfil de la Figura A.18., han sido las
siguientes:
Figura A.17. Croquis del perfil del hilo
rugoso de tipo 4.
Caracterización de scaffolds construidos con 3D printing mediante simulación computacional
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Primer Cuadrante:
X=((0.145+0.005*sin(100*t)))*cos(t)
Y=((0.145+0.005*sin(100*t)))*sin(t)
Segundo Cuadrante:
X=((0.145+0.0009*sin(100*t)))*cos(t)
Y=((0.145+0.005*sin(100*t)))*sin(t)
Figura A.18. Croquis del perfil
de los hilos de la capa rugosa.