La definición de requisitos industriales y el estudio numérico de un nudo estructural figuran entre los resultados de la fase inicial del proyecto, que prepara nuevas aplicaciones de la fabricación aditiva metálica en componentes de gran tamaño.
POÇO participó en la definición de los requisitos funcionales e industriales del caso de estudio de estructuras metálicas del proyecto MultiscaleDED. Los trabajos formaron parte de la fase de análisis y especificación, concluida en marzo de 2026, y permitieron establecer una base técnica para el desarrollo de componentes y uniones estructurales mediante procesos de fabricación aditiva.¹
Entre los resultados de esta fase se encuentran la definición de las necesidades de los sectores de aplicación, el análisis de las estrategias de deposición, la identificación de materiales candidatos y la especificación de los casos de estudio. En el ámbito de las estructuras metálicas, también se desarrolló un estudio numérico de optimización de una unión tubular, que identificó una configuración prometedora para su posterior desarrollo.¹ ²
De las necesidades industriales al estudio de una unión estructural
El caso de estudio de las estructuras metálicas se centra en una unión entre perfiles tubulares, representativa de un nudo de celosía. El análisis se centró en la geometría de la unión, la transmisión de esfuerzos, las condiciones de ejecución y el uso eficiente del material.²
Una de las dificultades identificadas se refiere a la aplicación de la deposición por arco sumergido sobre superficies curvas. En este proceso, el fundente granular de soldadura debe permanecer en la zona de deposición, por lo que la geometría del componente y su orientación condicionan la estabilidad y la viabilidad de la fabricación.²
Para responder a esta limitación, se propuso una configuración de unión entre tres perfiles tubulares circulares. Esta geometría sirvió de base para un estudio de optimización topológica de la región central del nudo, con vistas a su compatibilización con una estrategia híbrida de fabricación aditiva.²
La optimización topológica permite estudiar la distribución del material dentro de un dominio definido, en función de las cargas y restricciones consideradas. Es un enfoque de diseño estructural que busca identificar geometrías adecuadas para los objetivos de rendimiento, pudiendo incorporar limitaciones de volumen y otros requisitos de diseño.³
Una configuración prometedora identificada mediante simulación
El estudio numérico presentado en la documentación del proyecto se realizó en Abaqus, considerando la región maciza del nudo como dominio de optimización. Se analizaron diferentes restricciones de volumen, tratando de minimizar la energía de deformación bajo las condiciones de carga y apoyo definidas en el modelo.²
Entre las configuraciones evaluadas, la solución correspondiente a una fracción volumétrica cercana al 40% fue identificada como la más prometedora para su posterior desarrollo. Este valor se refiere a la cantidad de material admisible en el dominio numérico de optimización; no representa una reducción de peso ya demostrada en un componente fabricado o en una estructura completa.²
El estudio también identificó la necesidad de etapas adicionales de reingeniería y optimización de la forma, destinadas a suavizar la geometría, reducir las concentraciones de tensiones y preparar el componente para su fabricación. El resultado alcanzado es, por tanto, una configuración numérica de referencia, todavía sujeta a perfeccionamiento y posterior validación experimental.²
Tres procesos de deposición, un enfoque multiescala
Paralelamente a los casos de estudio, el consorcio concluyó el análisis de las estrategias de fabricación y de la complementariedad entre tres procesos de deposición metálica. El enfoque definido asocia la deposición por arco sumergido, WAAM-SAW, a regiones de gran volumen; el proceso WAAM-GMAW, basado en arco eléctrico con protección gaseosa, a componentes y regiones de tamaño intermedio; y la deposición por láser, LMD, a zonas de mayor detalle, recubrimiento o precisión.¹
Esta distribución busca conciliar productividad, flexibilidad geométrica y precisión en función de las necesidades de cada región del componente. En la literatura científica, la fabricación aditiva por alambre y arco se identifica como un enfoque con potencial para componentes metálicos de tamaño mediano y grande, debido a sus tasas de deposición y a la posibilidad de reducir el desperdicio de material frente a determinadas rutas convencionales de fabricación.⁴
En MultiscaleDED, el resultado de esta fase fue la definición de la arquitectura funcional y de los requisitos preliminares de integración. Se especificaron las necesidades de alimentación, contención y recuperación del fundente, eliminación automática de escoria entre capas, enfriamiento activo, generación de trayectorias y monitorización del proceso. La integración física y la validación de la plataforma seguían pendientes al final del período cubierto por el informe.¹
Materiales, control térmico y criterios de validación
Los trabajos incluyeron la identificación de familias de materiales candidatas, en particular aceros al carbono y estructurales, aceros inoxidables y aleaciones de aluminio, en función de las aplicaciones consideradas en el proyecto. Se analizaron las relaciones entre parámetros de deposición, ciclos térmicos, geometría, microestructura y propiedades mecánicas, así como los requisitos para la producción de materiales con propiedades diferenciadas en determinadas regiones del componente.¹
Esta relación entre proceso, estructura metalúrgica y propiedades constituye también un tema central de la investigación internacional en fabricación aditiva metálica. La literatura pone de manifiesto la necesidad de comprender los mecanismos físicos y metalúrgicos implicados para orientar la selección de los materiales y el desarrollo de las condiciones de fabricación.⁵
Para los casos de estudio se identificaron las funciones de los componentes, las condiciones de servicio, los modos de fallo relevantes, las necesidades de posprocesamiento y los criterios preliminares de inspección y validación. POÇO contribuyó específicamente a la definición de los requisitos funcionales e industriales de las estructuras metálicas, mientras que la Universidade de Coimbra se encargó del análisis técnico-científico de los procesos, materiales y métodos de optimización.¹
Resultados que orientan las próximas etapas
La fase de análisis y especificación dio lugar a tres entregables técnicos: un informe sobre estrategias de fabricación y análisis de los procesos de deposición; un informe sobre materiales y requisitos para gradientes funcionales; y un informe de especificaciones de los casos de estudio en moldes y herramientas, estructuras metálicas y componentes marítimos y navales. También se completaron los hitos relativos a la definición de los retos científicos y tecnológicos y a la definición detallada de los casos de estudio.¹
Estos resultados establecen la base para el desarrollo de los subsistemas, el perfeccionamiento de las geometrías, la preparación de los demostradores y la posterior evaluación experimental de las soluciones. En esta fase, los avances documentados se sitúan en la especificación técnica, la definición de las aplicaciones industriales y el estudio numérico, y todavía no constituyen una demostración del rendimiento de componentes finales.¹ ²
La participación de POÇO permitió integrar las necesidades de las estructuras metálicas en el trabajo de investigación del consorcio, contribuyendo a orientar el desarrollo tecnológico hacia aplicaciones industriales concretas.¹
Sobre el proyecto
MultiscaleDED está liderado por AGIX y reúne a POÇO, PENIMAR, Plácido Roque, Universidade de Coimbra, SEAPOWER e Incentahead. La ejecución del proyecto está prevista entre el 1 de julio de 2025 y el 30 de junio de 2028, con el código de operación COMPETE2030-FEDER-02304300.¹
Proyecto cofinanciado por la Unión Europea, en el marco de COMPETE 2030 y Portugal 2030.
Imagen ilustrativa generada digitalmente: representación conceptual de la fabricación aditiva metálica y la optimización estructural. No corresponde a un prototipo fabricado ni a un resultado de simulación del proyecto.
Notas y referencias
¹ Documentación del proyecto. Consórcio MultiscaleDED. 1.º Relatório Técnico-Científico Anual — período de 01/07/2025 a 30/06/2026. Documento RTC-S2-A1_MultiDED_VF, 2026, pp. 4–12 e 18–21.
² Caso de estudio estructural. Consórcio MultiscaleDED. Entregável E1.3 — Relatório do estado da arte, desafios e definição das especificações técnicas e funcionais para os casos de estudo em tooling, estruturas metálicas e componentes marítimos/navais. 2026, secção 4.2, pp. 33–37 do entregável.
³ Optimización topológica. Sigmund, O.; Maute, K. “Topology optimization approaches: A comparative review”. Structural and Multidisciplinary Optimization, 48(6), 1031–1055, 2013. DOI: 10.1007/s00158-013-0978-6.
⁴ Fabricación aditiva por alambre y arco. Williams, S. W.; Martina, F.; Addison, A. C.; Ding, J.; Pardal, G.; Colegrove, P. “Wire + Arc Additive Manufacturing”. Materials Science and Technology, 32(7), 641–647, 2016. DOI: 10.1179/1743284715Y.0000000073.
⁵ Procesos, materiales y propiedades. DebRoy, T.; Wei, H. L.; Zuback, J. S.; Mukherjee, T.; Elmer, J. W.; Milewski, J. O.; Beese, A. M.; Wilson-Heid, A.; De, A.; Zhang, W. “Additive manufacturing of metallic components — Process, structure and properties”. Progress in Materials Science, 92, 112–224, 2018. DOI: 10.1016