Alternativas OpenSource de software CAE

Es un hecho aceptado que los sistemas CAE son imprescindibles actualmente para cualquier empresa u organización que se desenvuelva dentro del sector de la fabricación, sirviendo de herramienta para la realización de tareas de diseño, manufactura y estudio del producto en múltiples aspectos. Frecuentemente, y pese a la progresiva reducción de los precios de los software CAE, la adquisición de las licencias de uso de estos aún supone una importante barrera de coste. En este sentido, el desarrollo de iniciativas OpenSource se plantea como una alternativa para el acceso de las pequeñas empresas a este tipo de tecnologías. En esta entrada se dará una visión no exhaustiva de varios software OpenSource y gratuitos (que no es lo mismo) dedicados a distintas facetas de la ingeniería que el autor ha utilizado.
Muchos de los software que presento aquí y muchos más se pueden encontrar en la distribución CAELINUX, que se puede descargar como una imagen ISO lista para utilizarse. www.caelinux.com

1.Software CAD

 LibreCAD: Se trata de un modelador 2D que agrupa las funcionalidades más comunes de los programas tradicionales, aunque no presenta compatibilidad con los archivos dwg, lo cual suele ser una limitación muy importante. Funciona en plataformas Windows, Mac y basados en Linux.www.librecad.org 

OpenSCAD: Consiste en un modelador 3D de geometrías. Realmente funciona como un compilador que genera un sólido a partir de un script. Tiene una herramienta muy útil que permite extruir a partir de archivos autoCad dxf. Funciona en plataformas Windows, Mac y basados en Linux. www.openscad.org

Código y modelo sólido en OpenSCAD

FreeCAD: Se trata de un potente modelador basado en las librerías OpenCASCADE y programado en python (la base subyacente es realmente C++). Tiene un diseño modular, con un entorno parecido a CATIA, aunque su funcionalidad es por el momento mucho más restringid

OpenFOAM: Es un conjunto de librerías basadas en C++ orientadas a la resolución de problemas modelizados por ecuaciones diferenciales parciales mediante discretización de las mismas. Incluye una herramienta básica de mallado y otra para geometrías complejas. Su aplicación mas importante es el diseño en ingeniería de fluidos. Carece de interfaz gráfica y utiliza el programa paraView como herramienta para visualizar resultados. Funciona exclusivamente en entornos Linux.

a. Su mayor ventaja consiste es que tiene funciones de diseño paramétrico, lo que le confiere gran versatilidad. Muchas de sus funcionalidades trascienden el CAD, pudiendo encontrar módulos que encaran el CAM. Funciona en plataformas Windows y Linux. 

www.freecadweb.org

Diseño de rodamiento en FreeCAD

 2.Software CAM

 

RepetierHost: Se trata de un software CAM para soporte a la impresión 3D. Permite la importación de geometrías en archivo stl, la creación de las capas necesarias para su impresión, la definición de las trayectorias del extrusor/es , etc. Los resultados los genera en un lenguaje máquina denominado G-code Desde este programa es posible controlar de forma automática o manual todos los parámetros de la máquina (velocidades, posición, temperaturas...)www.repetier.com 

 

LinuxCNC: Se trata de un sistema software de control numérico para tornos, fresadoras, máquinas de corte, etc. Funciona a partir de G-code, aunque no puede generarlo, y permite controlar hasta 9 ejes. Funciona exclusivamente en plataformas Linux. www.linuxcnc.org

3.Software para análisis FEM 

OpenFOAM: Es un conjunto de librerías basadas en C++ orientadas a la resolución de problemas modelizados por ecuaciones diferenciales parciales mediante discretización de las mismas. Incluye una herramienta básica de mallado y otra para geometrías complejas. Su aplicación mas importante es el diseño en ingeniería de fluidos. Carece de interfaz gráfica y utiliza el programa paraView como herramienta para visualizar resultados. Funciona exclusivamente en entornos Linux.

Análisis de un quemador, aquí isosuperficies de temperatura, mediante OpenFOAM

 

SALOME/CODE-ASTER: Code-Aster es un software para el análisis de elementos finitos y simulación numérica en mecánica estructural y multifísica. Según la clasificación típica de los programas de este tipo, Code-Aster es el solver o motor de procesamiento, sin incluir el pre- o posprocesamiento (mallado del objeto y presentación de la solución).

Su aplicación abarca múltiples disciplinas: análisis tridimensinal mecánico y térmico principalmente, hidrodinámica, metalurgia, hidratación, secado... ya sean condiciones estacionarias o transitorias, y tanto en procesos lineales como no lineales. Además, posee herramientas específicas para fatiga, deformación, fractura, contacto, geotecnia, materiales porosos, etc. Además, la combinación de estas características con los diversos programas de pre- y posprocesado (SALOME) le permiten abarcar areas como acústica, sísmica, energía atómica y otras. Fue liberado por electricidad de Francia (EDF) en 2001 y la mayor parte de su documentación está en francés. Funciona únicamente en sistemas Linux.www.code-aster.org 

Análisis de deformaciones con code-aster, visualización mediante SALOME

ELMER: Elmer es un programa para la solución de problemas multifísicos de elementos finitos distribuido por la CSC (Finnish IT for science), entidad administrada por el ministerio de educación finlandés. En su última versión, es soportada por diversas plataformas: Linux, Windows y Mac. El desarrollo de Elmer se ha realizado con el apoyo de universidades de Finlandia, centros de investigación y empresas. Resulta extremadamente útil para problemas de transferencia de calor y presenta, en mi opinión una interfaz gráfica bastante amigable.https://csc.fi/web/elmer

Análisis de disipación en un integrado mediante ELMER

Técnicas de fabricación aditiva aplicadas a la ingeniería tisular

La combinación del desarrollo de nuevos polímeros biodegradables y técnicas cada vez más versátiles de fabricación, como la impresión 3D, han hecho que se estén comenzando a obtener estructuras llamadas "scaffolds" que actúan como soportes para el crecimiento de células que darán lugar a tejidos. Estos complejos tejido-"scaffold" resultantes se pueden utilizar en estudios posteriores o bien ser implantados en zonas dañadas de organismos.

Estructuras de crecimiento para órganos

 El objetivo final de estos avances, que ya están dando su fruto, consiste en la generación de órganos humanos completos. Este objetivo está motivando el desarrollo de nuevas herramientas que permitan el diseño y fabricación de estructuras de apoyo a la proliferación celular más eficaces. Un ejemplo claro de una de estas herramientas  es la línea de investigación (materializada en una patente) que mantienen desde 2011 en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación de la Universidad Politécnica de Madrid donde se están desarrollando sistemas CAD que permitan diseñar "scaffolds" o "andamios" basados en topologías fractales que se adaptan de forma mucho más favorable a las geometrías autosimilares presentes en los órganos.

Típica estructura fractal de un tejido

Microsistema
con canales fractales para estudios de motilidad celular

Modelo CAD de andamio fractal para ingeniería de tejidos

Como herramientas de fabricación a partir de estos modelos CAD se está experimentando con la impresión 3D mediante foto-polimerización capa a capa para obtener moldes sobre los que después se apliquen materiales biocompatibles, y la impresión directa en materiales de este tipo. La obtención de estas geometrías con micromecanizado por arranque de viruta u otras técnicas sería muy costosa o inviable.

 

Prototipado rápido mediante impresión 3D en fotopolímeros