En el mercado global intensamente competitivo de hoy, las empresas de productos buscan constantemente nuevas formas de acortar los plazos de entrega para el desarrollo de nuevos productos que cumplan con todas las expectativas de los clientes. En general, la empresa de productos ha invertido en CAD/CAM, creación rápida de prototipos y una variedad de nuevas tecnologías que brindan beneficios comerciales. Hoy en día, la ingeniería inversa se considera una de las tecnologías que brindan mayores beneficios comerciales al acortar el ciclo de desarrollo del producto. 

Aplicación de la ingeniería inversa

La ingeniería inversa ahora se reconoce como un factor importante en el proceso de diseño de productos que destaca los métodos inversos, la deducción y el descubrimiento en el diseño. En cuanto a ingeniería mecánica, la ingeniería inversa ha evolucionado desde la captura de datos técnicos del producto y el inicio del procedimiento de rediseño manual al tiempo que permite una evaluación comparativa de concurrencia eficiente a un proceso más elaborado basado en modelos computacionales avanzados y tecnologías de digitalización modernas. 

Hoy en día, la ingeniería inversa se utiliza para producir modelos digitales en 3D de varias piezas mecánicas desgastadas o rotas. Los pasos principales que se siguen son: detección de la geometría del objeto existente; crear un modelo 3D; y fabricación utilizando un sistema CAD/CAM adecuado.

Esta metodología, juega un papel importante en el desarrollo de productos en casi todas las industrias, pero es especialmente importante cuando se trata del desarrollo de turbo maquinaria, el mantenimiento, las reevaluaciones y las estrategias de predicción/extensión de la vida útil. Como toda maquinaria, las turbo maquinarias como compresores, turbinas, bombas, etc., que llevan funcionando muchos años, requieren mantenimiento ya sea programado o no programado. De hecho, todos los operadores suelen necesitar piezas de repuesto, solución de problemas, cambios en las condiciones de funcionamiento, actualizaciones de diseño, etc…

Para una cantidad significativa de estas máquinas antiguas, la documentación, como informes y dibujos, no está disponible debido a una variedad de razones, por lo tanto, mantener estas importantes máquinas en funcionamiento es un desafío. Una de las opciones para lidiar con este problema es comprar el análogo moderno de la máquina, lo que no siempre es factible debido a limitaciones económicas o porque no hay un reemplazo disponible. Por lo tanto, la ingeniería inversa de las partes desgastadas de estas máquinas puede ser la mejor o la única opción en la mayoría de estos casos.

¿Qué es la ingeniería inversa?

Esta es una pregunta muy común.

La ingeniería inversa es un término utilizado para el proceso de examinar un componente existente para ver cómo funciona con el fin de duplicar o mejorar dicho componente cuando no se dispone de los dibujos/modelos originales, la documentación o la información de fabricación sobre ese componente. 

A diferencia del proceso de diseño tradicional que comienza desde cero con un concepto/especificaciones técnicas a partir de las cuales se construye el componente, la ingeniería inversa comienza con el componente final o existente y trabaja a través del proceso de diseño hacia atrás para llegar al diseño/especificaciones técnicas del componente y así, mejorar o rediseñar esa máquina.

Hoy en día, en la mayoría de los casos, el proceso de recuperación de la geometría original (información dimensional) del componente a través del escaneo 3D es el primer y más importante paso para todos los proyectos de ingeniería inversa, ya sea que desee simplemente reemplazar/replicar partes o continuar con una amplia actualización de la máquina. El proceso de ingeniería inversa, implica adquirir datos posicionales tridimensionales en la nube de puntos. Hay muchas formas de recopilar esta información dimensional del componente, pero es fundamental utilizar un sistema de medición 3D preciso. La precisión de los datos capturados afectará la calidad y la desviación del modelo obtenido en ing inversa, en comparación con el original.

Algunas razones principales por las que se utiliza la ingeniería inversa

  • Para una máquina existente que tiene componentes obsoletos que fueron diseñados y fabricados hace años y necesitan reparación o reemplazo de componentes para mantener la función de esa máquina existente, la ingeniería inversa es la opción correcta para obtener la información geométrica para replicar y reproducir el componente.
  • Cuando el fabricante original (OEM) de un producto dejó de producir un componente o perdió las medidas de diseño del componente original, entonces se puede usar ingeniería inversa para obtener información y recrear el componente.
  • Cuando el componente o producto existente se puede capturar en forma digital y remodelar o analizar para mejorar la función de la máquina existente mientras se cumplen todas las restricciones existentes.
  • Cuando una nueva máquina o producto llega al mercado, cualquier fabricante de la competencia puede realizar ingeniería inversa de la máquina para aprender cómo se construyó, cómo funciona y usar esa información para desarrollar mejores máquinas nuevas.
  • Reducir el costo de fabricación del nuevo producto al comprimir el tiempo de desarrollo del producto y hacerlo competitivo en el mercado.

Proceso de ingeniería inversa

Recopilación de datos: 

La recopilación de datos es un proceso de dos partes. La primera parte de cualquier proceso de ingeniería inversa es la recopilación de datos de un objeto/componente. Para hacer esto, el objeto necesita ser desarmado y estudiado. No hace mucho tiempo, la única manera de hacer esto era desarmar los artículos y tomar medidas manuales cuidadosas para replicar artículos para tareas de ingeniería inversa. 

Hoy en día, los diseñadores utilizan herramientas avanzadas de escaneo 3D para registrar la información requerida de un objeto además de cualquier documentación, dibujos o informes existentes. La segunda parte del procesamiento de datos es convertir los datos recopilados en la primera parte en información útil. Los ordenadores son esenciales para esta etapa, ya que pueden implicar el procesamiento de miles de millones de coordenadas de datos que convierten esta información en dibujos 2D o modelos 3D utilizando sistemas CAD.

Modelado de datos: 

El siguiente paso en ing. inversa es el modelado de datos, en este paso los diseñadores pueden utilizar el modelado digital, que representa todos los detalles de las condiciones geométricas y operativas del objeto a través de una variedad de regímenes de operación. Por lo general, el análisis de rendimiento y la evaluación estructural se realizan en esta etapa, utilizando herramientas analíticas termodinámicas o aerodinámicas, incluidos los enfoques 3D CFD y FEA. 

La mejora/rediseño del objeto puede ser otra parte de este paso de modelado de datos en el proceso, donde se pueden crear innovaciones para mejorar la eficacia del objeto en función de los datos recopilados sobre la geometría y el funcionamiento del mismo.

Fabricación: 

Finalmente, después de que el objeto/componente necesario ha sido modelado y cumple con los requisitos de diseño, la fabricación es el paso final en el que se puede fabricar para reemplazar una pieza desgastada o para proporcionar una mayor funcionalidad.

Algunos beneficios principales de la ingeniería inversa

  • Los diseñadores pueden reproducir productos y piezas sin necesidad de dibujos, medidas de diseño y especificaciones originales.
  • La ingeniería inversa, extiende la vida útil de cualquier maquinaria y equipo, lo que a su vez reduce los costos operativos.
  • Puede ahorrar tiempo y recursos humanos necesarios porque los diseñadores no tienen que crear un diseño de producto completamente desde cero.
  • Los diseñadores pueden hacer fácilmente ajustes menores a un diseño y pueden lograr un producto mejorado.
  • Ahorro de costes para el desarrollo de un nuevo producto.

Desafíos de ingeniería inversa

Uno de los principales desafíos en ingeniería inversa, es convertir los datos escaneados de un componente en información útil. Como se mencionó anteriormente en este artículo, esto se hace utilizando sistemas CAD que implican el procesamiento de miles de millones de coordenadas de datos al convertir esta información en dibujos 2D o modelos 3D, pero esta es una tarea que requiere mucho tiempo. Completar este paso en el menor tiempo posible es una tarea muy importante y desafiante, que puede ahorrar drásticamente a los diseñadores el tiempo y el esfuerzo necesarios para el proceso de ing. inversa, si se hace bien.

Otro desafío es recuperar la geometría de los componentes dañados que han experimentado un cambio significativo en la geometría debido a los desafíos de las operaciones a largo plazo donde la forma no se puede recuperar directamente con los métodos tradicionales, como las mediciones directas o el escaneo láser. En este escenario, los diseñadores solo tienen la parte no dañada de la pieza original, lo que significa que confiar en el original puede ser imposible para recuperar la parte necesaria debido a un nivel significativo de daño.

Por ejemplo, sería muy difícil recuperar las superficies aerodinámicas dañadas de un compresor, una turbina o una bomba, con suficiente precisión basada solo en un escaneo de la parte dañada original. Para recuperar la forma aerodinámica completa de las palas de estas turbo máquinas, se requiere información sobre las condiciones de flujo, como ángulos, velocidades, presión, temperatura, para recrear los perfiles aerodinámicos y una pala 3D completa. 

En la mayoría de los casos de daños en los álabes, la información obtenida del análisis aerodinámico/termodinámico es la única fuente de información disponible para un diseñador y la única forma posible de recuperar los álabes de las turbo maquinarias. En tal caso, el nuevo perfil aerodinámico se desarrollará en función de la información aerodinámica/termodinámica y también teniendo en cuenta la parte restante de la pieza, esta será la representación más precisa del perfil aerodinámico original.

En cualquier proceso de ingeniería inversa, con la ayuda de estudios aerodinámicos/termodinámicos, cualquier componente dañado de la turbo máquina puede recuperarse con la máxima precisión. Para lograr esto en menos tiempo, con menos esfuerzo y utilizando un diseñador con conocimientos mínimos sobre el procedimiento de ingeniería inversa, es fundamental contar con un software especializado que sea capaz de realizar análisis aero/termodinámicos precisos.

Software para ingeniería inversa 

El software adecuado en el proceso de ingeniería inversa, tomará una nube de puntos de datos y los conectará para formar un modelo digital del objeto original con precisión y rapidez.

Todos los desafíos de ER mencionados anteriormente requieren un software especializado como la plataforma AxSTREAM® , que puede realizar un modelado preciso de la ruta de flujo de la turbo maquinaria, análisis aerodinámico/termodinámico 1D/2D con CFD 3D en algunos casos, perfilado de álabes 3D y análisis estructural utilizando herramientas FEA. , etc.

SoftInWay ofrece un diseño completo de turbo maquinaria y herramientas de análisis dentro de la plataforma integrada AxSTREAM® , que cubre muchos pasos que se requieren para el proceso de ingeniería inversa.

Este software, después de capturar los datos del objeto original, la mayoría de los pasos del proceso de ingeniería inversa mencionados en este artículo, son procesados ​​por módulos AxSTREAM.

Una vez que un diseñador tiene la nube de puntos escaneada de los datos de geometría de la turbo maquinaria disponible, es posible reconocer y extraer los ángulos del perfil de manera muy rápida, fácil y precisa utilizando una herramienta especializada llamada AxSLICE . 

Usando AxSLICE , los diseñadores pueden obtener cortes en el número deseado de secciones. Luego, los datos geométricos extraídos se pueden insertar en el proyecto AxSTREAM® para la creación de rutas de flujo. Una vez que se genera la ruta de flujo, se utiliza el solucionador AxSTREAM® para realizar análisis aerodinámicos/termodinámicos 1D/2D. Los diseñadores también pueden usar el módulo perfilador AxSTREAM® para realizar ajustes de perfilado de palas y recuperar formas de perfil para lograr un rendimiento existente/mejorado. 

Después de recuperar la forma del perfil del álabe con AxSTRESS™, los diseñadores pueden realizar una evaluación estructural basada en el método FEA. Finalmente, AxCFD™ se puede utilizar para realizar un análisis aerodinámico detallado y una evaluación del rendimiento, si es necesario. De esta manera, se puede realizar ingeniería inversa para cualquier turbo máquina que utilice la plataforma AxSTREAM® , la geometría recuperada se puede exportar en diferentes formatos de archivo para desarrollar modelos CAD 3D detallados y dibujos 2D para procesos tecnológicos y/o de fabricación posteriores.

Conclusión

La ingeniería inversa juega un papel importante en el desarrollo, el mantenimiento, las reevaluaciones y las actualizaciones de turbo maquinaria, etc. tiempo, como corrosión, gotas de agua y erosión de partículas sólidas, condiciones de operación inesperadas y otros daños. 

Además de esta reparación esperada, podría surgir alguna otra necesidad de ingeniería inversa, debido a la falla de una pieza de los componentes, así como a la modificación de la pieza necesaria debido a revisiones y reevaluaciones anteriores. Por lo tanto, mantener estas viejas máquinas en funcionamiento es muy importante y la ingeniería inversa, podría ser la mejor opción para ello. 

Software como AxSLICE™ de AxSTREAM®, hace que este proceso de ingeniería inversa sea rápido, fácil y preciso. Todos los componentes de la turbo maquinaria compleja pueden someterse a ingeniería inversa en muy poco tiempo y esfuerzo utilizando dicha plataforma.

Tener herramientas profesionales es crucial para realizar ingeniería inversa completa y crear un gemelo digital rápidamente con errores mínimos.

Espero que el artículo haya sido de tu interés, y recuerda que en MuntadaFuentes, disponemos de medios técnicos y humanos para reproducir una pieza y rediseñarla o mejorarla, a partir de su escaneo 3D y posterior rediseño en Inventor o Solidworks.

No dudes en ponerte en contacto con nosotros si tienes cualquier necesidad de diseño.