El objetivo principal del presente proyecto es desarrollar un software de simulación computacional con la capacidad de simular el proceso de fabricación por manufactura aditiva y, a partir de los resultados obtenidos, predecir el desempeño del producto terminado. La metodología de investigación se basa en la sinergia entre ensayos experimentales y virtuales, modelos matemáticos y simulación computacional del comportamiento en probetas y productos finales de la impresión 3D. Para esto, el proyecto se centra en la producción de piezas a partir de materiales compuestos. Asimismo, se elabora un software por cada tipo de material estudiado para, luego, ser integrados en un software final. De esta forma, ambos son realizados por equipos de trabajo de forma paralela. El proyecto se divide en cuatro objetivos. El primer objetivo es modelar matemáticamente el proceso de manufactura de materiales compuestos fabricados por impresión 3D. Al final de este objetivo, se documentan los modelos matemáticos necesarios para el desarrollo de los software de simulación. El segundo objetivo es realizar ensayos mecánicos y simulación numérica de ensayos de tracción, compresión, impacto y flexión en cupones de materiales compuestos fabricados por impresión 3D. En el tercer objetivo, se desarrolla un software de simulación multiescala con la capacidad de predecir el comportamiento mecánico de las piezas realizadas por manufactura aditiva de materiales compuestos. Como objetivo final, se elabora un software de simulación con la capacidad de simular el proceso de manufactura aditiva en materiales compuestos. Cabe indicar que estas aplicaciones son publicadas en páginas webs especializadas.

El problema más importante en la manufactura aditiva es la incapacidad de asegurar la calidad y confiabilidad de sus productos. Esto se debe a la complejidad de los métodos de fabricación utilizados. De acuerdo al método de impresión 3D y el material que se utilice, diferentes fenómenos físicos, como problemas de contacto, interacción fluido-sólido, fusión y solidificación de material, comportamiento termomecánico, plasticidad y cambios de fase tendrán alta relevancia en el comportamiento del producto final. En caso no se tome en cuenta el cambio que sufre el producto durante el proceso de fabricación, no se puede asegurar fehacientemente el comportamiento mecánico y resistencia real del producto final bajo situaciones críticas de trabajo o la vida útil real del producto, lo cual es crítico para la aplicación industrial de la impresión 3D. En este sentido, el modelamiento y simulación computacional juega un rol crítico en el estudio de los procesos de impresión 3D y desarrollo de procesos estandarizados. Por todo lo expuesto, un software de simulación computacional que esté en la capacidad de simular adecuadamente el proceso de manufactura aditiva permite asegurar la calidad del producto bajo estándares ingenieriles sin la necesidad de demasiados experimentos de alto costo.

Actualmente, existe una gran variedad de modelos matemáticos que describen los fenómenos físicos que actúan durante el proceso de impresión 3D de materiales compuestos. Sin embargo, para utilizar estos modelos matemáticos en aplicaciones ingenieriles, se debe tomar en cuenta el costo computacional requerido. Además, se ha demostrado que los cambios microestructurales que sufre el material durante el proceso de manufactura repercuten en el comportamiento mecánico del producto final. Por este motivo, es necesario simular computacionalmente el proceso de manufactura aditiva y no, solamente, someter a ensayos mecánicos el producto final. Además, los software desarrollados sirven para asegurar la fiabilidad del proceso de manufactura aditiva y la calidad y confiabilidad de los productos obtenidos. Estas nuevas herramientas permiten que medianas y grandes empresas puedan adoptar esta tecnología de punta, permitiéndoles innovar sus soluciones de ingeniería, trabajar fácilmente con diferentes materiales, producir piezas individuales a bajo costo, paralelizar el trabajo, disminuir el riesgo de para y reducir sus costos de producción.

A nivel académico, se elaboran cuatro artículos científicos en prestigiosas revistas indexadas de ingeniería. También, se elaboran dos tesis de pregrado y dos tesis de maestría sobre simulación computacional en manufactura aditiva. Esta investigación se realiza en conjunto con grupos de investigación tanto nacionales como internacionales, lo cual permite incluir a los grupos de investigación nacionales en la elite del mundo académico internacional.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación multidisciplinario

Son propuestas de investigación aplicada o desarrollo tecnológico con objetivos y actividades multidisciplinarias. Participan, por lo menos, dos grupos de investigación de diversas disciplinas, ya sea de la misma o de diferente entidad.

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Dos coinvestigadores (uno por cada grupo de investigación)
• Dos tesistas de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Nota: se debe contar con la participación de, por lo menos, un investigador de una institución proveniente de alguna región del interior del país.

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Manufactura avanzada

Sector: Estratégico

Lugar de ejecución del proyecto: Lima

Fecha de inicio: 03/12/2018

Fecha de cierre: 03/12/2021

Plazo de ejecución (meses): 36

Objetivo principal

El objetivo principal de este proyecto es desarrollar un software de simulación computacional con la capacidad de simular el proceso de fabricación por manufactura aditiva de materiales compuestos y, a partir de los resultados obtenidos, predecir el desempeño del producto terminado.

Objetivo específico 1

Modelar matemáticamente el proceso de manufactura de materiales compuestos fabricados por impresión 3D.

Objetivo específico 2

Ensayo mecánico y simulación numérica de ensayos de tracción, compresión, impacto y flexión en cupones de materiales compuestos fabricados por impresión 3D.

Objetivo específico 3

Desarrollo de un software de simulación multiescala con la capacidad de predecir el comportamiento mecánico de las piezas realizadas por manufactura aditiva de materiales compuestos.

Objetivo específico 4

Desarrollo de un software de simulación con la capacidad de simular el proceso de manufactura aditiva en materiales compuestos.

Institución responsable del proyecto

Universidad Nacional de Ingeniería

RUC: 20169004359

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Rímac

Dependencias: Facultad de Ingeniería Mecánica

Instituciones asociadas

Universidad Católica San Pablo

RUC: 20327998413

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Arequipa

Investigador principal

Nombres: José Luis

Apellido paterno: Mantari

Apellido materno: Laureano

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Doctorado en Ingeniería Naval e Ingeniería Marítima

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ingeniería Mecánica

Coinvestigador

Nombres: Alberto

Apellido paterno: Coronado

Apellido materno: Matittu

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Dependencia: Facultad de Ingeniería Mecánica

Coinvestigador

Nombres: Fredy Alberto

Apellido paterno: Huaman

Apellido materno: Mamani

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Dependencia: Grupo de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Universidad Católica San Pablo

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Tesista

Nombres: Tesista no identificado

Apellido paterno: Tesista no identificado

Apellido materno: Tesista no identificado

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Gestor tecnológico

Nombres: Gestor tecnológico no identificado

Apellido paterno: Gestor tecnológico no identificado

Apellido materno: Gestor tecnológico no identificado

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Coordinador administrativo

Nombres: Gianine Milagros

Apellidos: Tejada Salinas

Entidad: Universidad Nacional de Ingeniería

Rubros financiables

1. Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

2. Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

3. Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

4. Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

5. Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

6. Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

a. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.
3. Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

b. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.
3. Gastos relacionados a la solicitud de patentes.
4. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

7. Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.