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Estilos de desarrollo avanzados
Para que una empresa pueda mantener su competitividad en el ámbito internacional, es imprescindible disponer de una alta capacidad de innovación. Y, para responder a esta exigencia, es preciso aplicar métodos de desarrollo modernos que apoyen la implantación de ideas de productos creativas y que se concentren en todo momento en conseguir ventajas óptimas para el usuario. Como proveedor líder del sector en tecnología dental, W&H lleva 125 años destacando por el alto nivel de calidad y fiabilidad de las soluciones que ofrece. Gracias a la aplicación de métodos de desarrollo de última generación, la empresa ha conseguido introducir en el mercado soluciones tecnológicas con un alto grado de sofisticación, incluso después de un breve tiempo de desarrollo, lo que al mismo tiempo le ha permitido satisfacer las necesidades de los clientes de todo el mundo de forma rápida y global.
Una herramienta innovadora en el área de desarrollo es el método de elementos finitos, que se conoce con el nombre abreviado de FEM. Se trata de un principio matemático que se utiliza para calcular geometrías de piezas complejas con formulaciones multifísicas. W&H lleva unos 15 años utilizando este método de simulación en diversas áreas técnicas, como la mecánica de estructuras, así como varios años aplicándolo con éxito en la dinámica de fluidos y en la electromagnética en una gran cantidad de proyectos de desarrollo.
A la hora incorporar programas de simulación, el objetivo consiste en ser capaces de evaluar técnicamente los nuevos desarrollos de productos y sus variantes desde una fase muy temprana del proyecto para, de este modo, reducir el número de prototipos necesarios. En concreto, cuando las comprobaciones de productos son muy complejas, esto no solo consigue un ahorro de costes considerable, sino que además acorta considerablemente el tiempo de desarrollo. Por otro lado, tanto los productos mejorados como los productos nuevos se lanzan al mercado de forma más rápida y siguen manteniendo la alta calidad que ha caracterizado siempre a W&H.
Búsqueda del máximo confort para el usuario
En el ámbito de la miniaturización de productos, el objetivo es encontrar la composición ideal de los componentes en términos de los límites mecánicos de sus materiales, por ejemplo, la tensión, la dilatación o la deformación. Por lo general, la ergonomía y la facilidad de uso representan uno de los retos que resultan determinantes para la optimización iterativa de las geometrías. Uno de los componentes clave de las turbinas, las piezas de mano y los contraángulos, es, por ejemplo, el sistema de sujeción con botón de presión FG de W&H, que se encarga de mantener la fresa en una posición segura. En este punto, es esencial que el sistema de sujeción ofrezca el tamaño más pequeño posible, así como un manejo sencillo para el usuario a la hora de cambiar la fresa.
El término "sistema de sujeción FG" proviene del inglés "friction grip" y representa un sistema de soporte en el cabezal del instrumento basado simplemente en la fricción que consta de dos componentes, a saber, una pinza y un piñón de cabeza (véase ilustración). En el diseño es importante encontrar un "equilibrio óptimo" entre la fuerza de retención y la fuerza de accionamiento. La aplicación del método FEM permite acercarse a la máxima tensión usando optimizaciones de geometría.
Video: sistema de sujeción con botón de presión FG
El video muestra las tensiones equivalentes actuando sobre los componentes que interactúan (pinza, piñón de cabeza y fresa) cuando el usuario acciona el sistema de sujeción FG. La visualización de la fricción en los puntos de contacto se puede utilizar para sacar conclusiones directas sobre las fuerzas de accionamiento y retención.
En el análisis de estructuras, que representa las cargas mecánicas, es posible utilizar modelos de materiales adecuados, así como condiciones de contacto no lineales (entre otros, mediante la representación de la fricción entre dos cuerpos o superficies), para simular todos los pasos relevantes que se efectúan al accionar el sistema de sujeción.
Al accionar el sistema de sujeción, el usuario lleva a cabo los siguientes pasos:
- Espaciado de las lengüetas de sujeción a través del piñón de cabeza (fuerza de accionamiento ejercida por el usuario)
- Introducción de la fresa
- Liberación del piñón de cabeza y sujeción de la fresa (fuerza de retención de la fresa)
Todos los parámetros decisivos, como las tensiones máximas en la pinza, las tensiones de presión en los puntos de contacto entre el vástago de la fresa y la pinza, o entre el piñón de cabeza y la pinza, pueden evaluarse de forma sencilla con el método FEM.
Optimización precisa de productos empleando la simulación
En las tres ilustraciones que se incluyen a continuación se muestran a modo de ejemplo las tensiones comparativas que actúan sobre la pinza y que se producen al utilizar la fresa dental. Las representaciones en color muestran las áreas con un alto nivel de carga (en rojo) y las que tienen una carga baja (en azul).
De este modo, es posible calcular la fuerza de accionamiento que tan importante es para el usuario. Además, la fuerza de retención también se determina en un análisis estático, por ejemplo, con la fresa parada, y en un análisis dinámico, con una velocidad de la fresa de hasta 400.000 rpm. Los análisis concentrados de las áreas de contacto, como pueden ser las áreas en las que tiene lugar el proceso de retención real, permiten determinar el comportamiento de desgaste y la vida útil del sistema de sujeción con botón de presión de W&H, para lo cual se evalúan las superficies de contacto y las fuerzas de fricción.
Una ventaja especial del método FEM se encuentra en la visualización de la carga de las diversas piezas. Por un lado, esta sirve para detectar, analizar y optimizar áreas críticas. Por otro lado, puede ser utilizado para hacer al diseñador más consciente de las posibles interacciones. A modo de ejemplo, en las imágenes siguientes se muestran sistemas de sujeción con diferentes espesores de material:
Conclusión
Las ilustraciones muestran que, con ayuda de la simulación, es posible determinar de forma rápida el dimensionado perfecto de las piezas, sin que sea preciso llevar a cabo complejas comprobaciones con prototipos. En consecuencia, el método FEM permite conseguir tiempos de desarrollo más cortos y reduce el tiempo que pasa hasta que el producto se lanza al mercado. Además, las soluciones de productos no solo se comercializan de forma más rápida, sino que lo hacen manteniendo el alto nivel de calidad que ha caracterizado siempre a W&H. Con ayuda del desarrollo de productos basado en la simulación, W&H ha sido capaz de afrontar con éxito los exigentes retos de la ingeniería biomédica, así como de implantar estándares fiables y de alta calidad en el mercado odontológico de todo el mundo.
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