Design and finite element analysis of a 3D-printed packaging insert

Diseño y análisis de elemento finito de un inserto paraempaque manufacturado por impresión 3D

Ismael Alejandro Muñoz Salazar ISAIAS EMMANUEL GARDUÑO OLVERA MAYRA DEL ANGEL MONROY (2023, [Artículo])

Packaging inserts play a crucial role in protecting products during transportation. However, their design and production processes often rely on conventional methods limiting equipment capabilities. Moreover, the empirical nature of their design can result in a lack of reliability in the final product. To address these challenges, this study aimed to validate the design of a packaging insert using the finite element method and subsequently create it using 3D printing. The chosen material is a thermoplastic polyurethane (TPU) filament commonly used in fused deposition filament printers for 3D printing. This process demonstrates the feasibility of using 3D printing to create cushioning inserts for packaging and employing finite element analysis to simulate the insert behavior. The main findings of this research highlight the potential benefits of numerical simulation, revealing the areas where the insert is primarily impacted by weight. Furthermore, the forces load and displacement simulation results confirm that the TPU elastic limit (3.9x106 MPa) is sufficient to handle the weight this insert intends to hold. These tools determine the viability of the proposed design for its intended application. Therefore, this study verifies that 3D printing is a reliable option for producing packaging inserts, offering significant advantages over traditional methods. These advantages include increased design flexibility and the ability to create custom inserts on demand.

Los insertos de empaque juegan un papel crucial en la protección de los productos durante el transporte. Sin embargo, sus procesos de diseño y producción a menudo se basan en métodos convencionales que limitan las capacidades del equipo. Además, la naturaleza empírica de su diseño puede resultar en una falta de confiabilidad en el producto final. Para abordar estos desafíos, este estudio tuvo como objetivo validar el diseño de un inserto de empaque utilizando el método de elementos finitos y posteriormente crearlo mediante impresión 3D. El material elegido es un filamento de poliuretano termoplástico (TPU) comúnmente utilizado en impresoras de filamento de deposición fundida para impresión 3D. Este proceso demuestra la viabilidad de utilizar la impresión 3D para crear insertos acolchados para empaques y emplear el análisis de elementos finitos para simular el comportamiento del inserto. Los principales hallazgos de esta investigación destacan los beneficios potenciales de la simulación numérica, revelando las áreas donde el inserto se ve afectado principalmente por el peso. Además, los resultados de la simulación de carga y desplazamiento de fuerzas confirman que el límite elástico de TPU (3.9x106 MPa) es suficiente para manejar el peso que este inserto pretende soportar. Estas herramientas determinan la viabilidad del diseño propuesto para su aplicación prevista. Por lo tanto, este estudio verifica que la impresión 3D es una opción confiable para producir insertos de empaque, que ofrece ventajas significativas sobre los métodos tradicionales. Estas ventajas incluyen una mayor flexibilidad de diseño y la capacidad de crear insertos personalizados bajo demanda.

Tipo de documento: cases studies.

I. Muñoz gratefully acknowledges support from Posgrado de CIATEQ. I. E. Garduño acknowledges support from the Investigadores por México - CONAHCYT program through project No. 674.

Ismael Muñoz: Conceptualization; methodology; validation; writing; revision; project administration; software; investigation; display; draft writing; reviewing and editing. Isaías E. Garduño: Conceptualization; methodology; validation; writing; revision; software; reviewing and editing. Mayra del Ángel Monroy: Conceptualization; supervision; methodology; validation; writing; revision; project management; formal analysis, draft writing: writing reviewing and editing.

Packaging insert Finite element analysis 3D printing Inserto para empaque Análisis por elemento finito Impresión 3D INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Metodología predictiva para el análisis de asiento trasero en pruebas de anclaje de cinturón de seguridad

Predictive methodology for rear seat analysis in seat belt anchorage testings

José Guadalupe Velasco Ortega GIOVANNI VIDAL FLORES (2023, [Artículo])

Se presenta una metodología a seguir para el análisis de un asiento trasero durante la prueba de anclaje del cinturón de seguridad, establecida en la norma FMVSS 210 por sus siglas en ingles Federal Motor Vehicle Safety Standards. Es importante destacar que el cinturón de seguridad reduce el riesgo de lesiones, y en caso de colisión, el cinturón ayuda a distribuir la fuerza del impacto en una superficie más grande es decir la estructura metálica del asiento, lo que se busca es minimizar el riesgo de lesiones graves. La metodología propuesta tiene el fin de predecir el desempeño como función del desplazamiento de la estructura metálica mediante el uso del elemento finito (FEM). En esta metodología, se analiza la menor cantidad de elementos que compone la estructura del asiento con el propósito de reducir el tiempo del análisis, considerando solo los elementos y componentes que tienen mayor efecto con el desempeño del cinturón de seguridad, generando el análisis más rápido y eficiente. Al contrastar los resultados obtenidos a través del análisis mediante elemento finito con las pruebas reales se determinó que el método FEM es eficaz para predecir los puntos débiles de la estructura metálica que influyen en el desplazamiento y/o deformación del asiento durante la prueba.

A methodology is presented for analysis of a rear seat during the Safety Belt Anchorage test established in FMVSS 210 [1], which stands for Federal Motor Vehicle Safety Standards. It is important to note that the safety belt reduces the risk of injury, and in the event of a collision, the belt helps distribute the force of the impact over a larger surface area, namely the metal structure of the seat. The goal is to minimize the risk of serious injuries. The goal of proposed methodology is to predict the performance as a function of displacement of the metal structure by using Finite Element Method (FEM). In this methodology, the minimum number of elements that make up the seat structure is analyzed in order to reduce analysis time, considering only the elements that play and have effect on the performance of the safety belt, thus generating a faster and more efficient analysis. By comparing the results obtained through Finite Element Method with the actual test, it was determined that the FEM method is effective in predicting the weak points of the metal structure that influence the displacement and/or deformation of the seat during the test.

FVMSS 210 Método de elemento finito Asiento trasero Prueba de anclaje Cinturón de seguridad Finite element method Rear seat Anchorage test Seat belt INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

Structural analysis evaluationfor rollers of chassis dynoUsing finite element software

Jesús Emmanuel López Rizo ALFREDO CHAVEZ LUNA JAIME GONZALO SANTANA ESQUIVEL (2023, [Artículo])

This paper discusses the design considerations for a chassis dynamometer, focused on the rollers system used for measuring the power and torque of a vehicle in a university-level workshop. The design must prioritize factors such as safety, ease of use, adaptability to diverse types of vehicles, and the inclusion of safety systems to protect students and the vehicle. The work suggests adaptative features for the design, such as an adjustable fastening system and a compact and portable design, to adapt the structure into a university laboratory. The study also describes common methods for measuring engine power and torque using a chassis dynamometer, and the accurate and reliable measurement systems used for this purpose. This concludes with a discussion of the manufacturing methods used for the chassis dynamometer and a static analysis of the maximum effort capacity in each roller using Von Mises and Goodman fatigue theories. Developing a chassis dynamometer, in accordance the current patents available for workshop practices in a university is essential for providing students with comprehensive training.

Chassis dynamometer Conceptual design Finite element software Power and torque measurement Structural analysis INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS OTRAS

El impacto de la violencia en los flujos migratorios procedentes de Guatemala

Thania Berenice Hernández Alarcón (2021, [Tesis de maestría])

Con este trabajo buscamos entender cómo la violencia en el lugar de origen de una persona puede motivar su decisión de migrar. La aproximación teórica al fenómeno de la migración sugiere que la provisión relativa de bienes públicos es un factor en el análisis costo beneficio mediante el cual el agente evalúa la rentabilidad de la migración. Desde esta perspectiva, la búsqueda de beneficios pecuniarios, como un mayor salario, es compatible con la búsqueda de beneficios no pecuniarios, como mayores niveles de seguridad. Nos interesamos por evaluar lo anterior para el caso de Guatemala. Sirviéndonos de la variación trimestral de trecientos veintinueve municipios en una ventana de once años buscamos evidencia de que la tasa de migración de personas de origen guatemalteco que buscan empleo en México o Estados Unidos se correlaciona de manera positiva con la tasa de homicidios en sus municipios de origen. Nuestros resultados sugieren que esto se cumple y que aumentos en los niveles de violencia homicida pueden propiciar desplazamientos laborales.

Guatemala -- Emigration and immigration -- Effect of violence on -- Econometric models United States -- Emigration and immigration -- Econometric models. CIENCIAS SOCIALES CIENCIAS SOCIALES

Novel Low-cost Energy Harvester Based on anArrangement of Piezoelectric Actuators

CARLOS ANDRES FERRARA BELLO Margarita Tecpoyotl Torres (2024, [Artículo])

This article provides the design, modeling, fabrication, and testing of an energy

harvester from mechanical vibrations, based on a piezoelectric material. This device

works on the principle of piezoelectric transduction, i.e., when mechanically

deformed, it generates electrical energy due to vibrations. The piezoelectric material

used in the fabrication was Lead Zirconate Titanate (PZT), and brass as structural

base. In addition, finite element models were performed to predict the frequency of

the first vibration mode of the device, and experimental setups for validation. The

resonance frequency of the numerical model and the one obtained experimentally (19

Hz) show a deviation of 5.03% respectively. The generated power is 0.202 mW enough

to power low power devices such as basic calculators, wristwatches, and transistors, among others.

En este artículo se presenta el diseño, modelado, fabricación y pruebas de un cosechador de energía proveniente de vibraciones mecánicas, basado en un material piezoeléctrico. Este dispositivo trabaja bajo el principio de transducción piezoeléctrica, es decir que, al deformarse mecánicamente, debido a las vibraciones genera energía eléctrica. El material piezoeléctrico usado en la fabricación fue Zirconato Titanato de Plomo (PZT), y latón como base estructural. Además, se realizaron modelos de elemento finito para predecir la frecuencia del primer modo de vibración del dispositivo, y arreglos experimentales para su validación. La frecuencia de resonancia del modelo numérico y la obtenida experimentalmente (19 Hz) muestran una desviación de 5.03% respectivamente. La potencia generada es de0.202 mW suficiente para alimentar dispositivos de bajo consumo, tales como calculadoras básicas, relojes de pulsera y transistores, entre otros.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS Finite Element Method, low-energy devices, vibration, piezoelectric transducer

Contrasting spatial patterns in active-fire and fire-suppressed mediterranean climate old-growth mixed conifer forests

Danny L. Fry  (2014, [Artículo])

In Mediterranean environments in western North America, historic fire regimes in frequent-fire conifer forests are highly variable both temporally and spatially. This complexity influenced forest structure and spatial patterns, but some of this diversity has been lost due to anthropogenic disruption of ecosystem processes, including fire. Information from reference forest sites can help management efforts to restore forests conditions that may be more resilient to future changes in disturbance regimes and climate. In this study, we characterize tree spatial patterns using four-ha stem maps from four old-growth, Jeffrey pine-mixed conifer forests, two with active-fire regimes in northwestern Mexico and two that experienced fire exclusion in the southern Sierra Nevada. Most of the trees were in patches, averaging six to 11 trees per patch at 0.007 to 0.014 ha-1, and occupied 27-46% of the study areas. Average canopy gap sizes (0.04 ha) covering 11-20% of the area were not significantly different among sites. The putative main effects of fire exclusion were higher densities of single trees in smaller size classes, larger proportion of trees (≥56%) in large patches (≥10 trees), and decreases in spatial complexity. While a homogenization of forest structure has been a typical result from fire exclusion, some similarities in patch, single tree, and gap attributes were maintained at these sites. These within-stand descriptions provide spatially relevant benchmarks from which to manage for structural heterogeneity in frequent-fire forest types.

article, climate, controlled study, ecosystem fire history, forest structure, geographic distribution, geographic mapping, land use, mathematical computing, mathematical model, Mexico, spatial analysis, taiga, United States, comparative study, conife CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA