Las matemáticas de la fabricación aditiva

21 de mayo de 2025 | Tiempo de lectura: 5 min

En un interesante episodio del podcast Additive Snack, el presentador Fabian Alefeld habla con Harshil Goel, fundador y director general de Dyndrite, sobre el papel fundamental de las matemáticas en el avance de la fabricación aditivaFA).

Goel, que tiene una sólida formación en matemáticas e ingeniería mecánica, comparte su inesperado viaje al mundo de FA y cómo Dyndrite está aprovechando las matemáticas puras para resolver complejos retos de la industria. Este episodio analiza la misión de Dyndrite, su impacto en la capacitación de los ingenieros y sus esfuerzos por ampliar los límites de la FA.

De forastero a fundador: El viaje de Harshil al mundo FA

Goel aporta al sector FA una mezcla única de rigor académico y espíritu emprendedor. Su formación científica se basa en las matemáticas, concretamente en la geometría diferencial y la topología, que él describe como "hacer cálculos sobre superficies". En ingeniería mecánica, su experiencia radica en la mecánica de fluidos, la mecánica de fluidos computacional y la mecánica de continuos: esencialmente, "resolver problemas matemáticos muy difíciles con fines de ingeniería".

El viaje de Goel hacia FA fue poco convencional; él mismo confesó que no sabía realmente lo que era FA hasta 2015-2016, cuando Boeing se le acercó con un desafío relacionado con las deficiencias del software de FA existente. Su capacidad para conceptualizar y ofrecer soluciones rápidamente le llevó a fundar Dyndrite en 2017, trasladándose inicialmente a Washington para estar más cerca de los primeros clientes y empleados.

Antes de fundar Dyndrite, Goel enseñó MATLAB y Python en la Universidad de Berkeley, donde también cursó sus estudios de licenciatura, máster y doctorado. Esta experiencia docente influyó significativamente en el diseño del software de Dyndrite, que enseña sutilmente a los usuarios a programar.

Concepto básico e impacto industrial de Dyndrite

La principal oferta de Dyndrite es un software diseñado para guiar a los clientes desde el uso inicial de la máquina hasta la producción a gran escala en FA. Goel clasifica el recorrido del cliente en tres niveles de madurez:

Preparación de la construcción: Esto implica tareas esenciales como importar geometría, orientar, anidar, etiquetar, apoyar y cortar piezas para prepararlas para la máquina. Aunque no es el aspecto más "sexy", es un requisito fundamental. Dyndrite automatiza estos procesos de manera significativa, como lo demuestra un cliente que ahorra $ 20.000 a la semana sólo en el etiquetado mediante la automatización de todo el proceso.
Desarrollo de materiales y procesos: Después de producir una primera pieza, los clientes tienen como objetivo crear de forma fiable piezas específicas en máquinas específicas con materiales específicos. La contribución única de Dyndrite aquí es el desarrollo de estrategias para instruir a la máquina sobre "dónde hacer qué y cuándo" para mejorar la calidad de la pieza y la productividad de la máquina. Un ejemplo es la aplicación de un "parámetro de piel" para las zonas críticas (por ejemplo, 30-60 micras) y un "parámetro de productividad" para el núcleo (por ejemplo, 90-120 micras), lo que puede duplicar el tiempo de fabricación. Un cliente de propulsión, sin experiencia previa ni simulación, pudo imprimir en 1,5 semanas piezas de Inconel que antes consideraba imposibles, utilizando las herramientas de Dyndrite y matemáticas básicas.
Cualificación y trazabilidad: Una vez que las piezas se producen, garantizar la repetibilidad, calificación, calibración y trazabilidad se convierte en primordial para la preparación de la producción. Dyndrite pretende simplificar los procesos de cualificación, facilitando a las empresas el cambio de software y manteniendo la conformidad.

Una innovación clave del software de Dyndrite es su "modo turbo", que muestra código Python en segundo plano mientras los usuarios interactúan con la interfaz gráfica de usuario (GUI). Esta elección de diseño se deriva del enfoque de aprendizaje de idiomas de Goel, que presenta la GUI familiar junto con el nuevo lenguaje de programación, desmitificando así la codificación para los ingenieros mecánicos y animándoles a codificar sus prácticas. Este enfoque permite una automatización avanzada, como la generación automática de etiquetas y soportes basados en metadatos de color CAD.

Observaciones del sector y previsiones de futuro

Goel señala que el sector FA está madurando significativamente, con profesionales más sofisticados que plantean preguntas más complejas, impulsando la innovación. Los tamaños y volúmenes de las máquinas siguen duplicándose cada cinco o diez años, lo que crea la necesidad de capacidades de procesamiento de datos más robustas para la generación de trayectorias de herramientas.

En cuanto a los avances tecnológicos, Goel destaca el papel crucial de las GPU. Aunque reconoce el bombo que se ha dado a la IA, cree que el impacto más significativo de tendencias como Bitcoin, los videojuegos y la realidad virtual en FA es el aumento de la inversión en el desarrollo de GPU. Esto ha acelerado drásticamente los algoritmos de geometría computacional, lo que permite generar trayectorias de herramientas más rápidas y complejas para máquinas cada vez más grandes. La velocidad de las GPU se ha multiplicado por mil, lo que hace que la computación avanzada sea más accesible y asequible.

Desde el punto de vista de la cualificación, Goel identifica una laguna en los marcos existentes: Al traducir las variables clave de rendimiento (KPV) tradicionales, como la distancia entre escotillas, el espaciado, la potencia del láser y la velocidad, en un nuevo conjunto de números adimensionales (ratios), las empresas pueden ganar más flexibilidad. Por ejemplo, en lugar de calificar una pieza basándose en una altura de capa de 60 micras, calificarla por densidad de energía volumétrica permite realizar ajustes en la altura de capa (por ejemplo, 120 micras o 30 micras) ajustando proporcionalmente la potencia del láser, sin necesidad de recalificación.

Este enfoque acelera drásticamente la aplicación de múltiples parámetros a una sola pieza y permite una impresión más rápida.

Las ideas de Harshil Goel subrayan el poder transformador de las matemáticas y el software estratégico en el avance de la fabricación aditiva. Su visión de la cualificación racionalizada y la mejora de la productividad allana el camino para que FA alcance todo su potencial en las aplicaciones industriales.

Más información

Si desea más información sobre la obra de Harshil Goel y Dyndrite, puede consultar los siguientes recursos: