ESTUDIO TÉCNICO-ECONÓMICO SOBRE LA FABRICACIÓN DE COMPONENTES INDUSTRIALES DE USO FINAL MEDIANTE LA APLICACIÓN DEL DISEÑO GENERATIVO Y LA IMPRESIÓN 3D

Abstract

El presente trabajo desarrolla un estudio técnico-económico sobre la viabilidad de fabricar componentes industriales de uso final mediante la combinación de optimización topológica (OT) y fabricación aditiva (FA), empleando como caso de estudio la tija superior de la dirección de la motocicleta del ICAI Speed Club, equipo de competición de la Universidad Pontificia Comillas. A partir de una geometría bruta de 476 g, se desarrollan dos variantes de rediseño mediante el módulo de diseño generativo de Solid Edge, con distintas estrategias de protección de contornos. Los resultados se validan estructuralmente mediante simulación FEM bajo una carga de diseño de 4.630 N por alojamiento de horquilla, derivada de la metodología de frenada máxima en pendiente. El Diseño A alcanza 228 g con coeficiente de seguridad 4,12, y el Diseño B alcanza 200 g con coeficiente de seguridad 3,55, representando un ahorro del 26 % respecto a la pieza original de 270 g. Ambos diseños se post-procesan con la herramienta PolyNURBS de Altair Inspire y se validan geométricamente mediante tres prototipos físicos fabricados por FDM y SLA. El análisis económico compara la fabricación aditiva en AlSi10Mg mediante PBF-LB/M (448 EUR, Protolabs) frente al mecanizado CNC del componente original (479,47 EUR, Protolabs), confirmando la competitividad de la FA en producción unitaria. El ratio buy-to-fly de 1,05 frente a 4,8 del CNC implica una reducción del desperdicio de material del 99 % y una reducción de la huella de carbono del 84 %.

This work presents a techno-economic study on the viability of manufacturing end-use industrial components through the combination of topology optimisation (TO) and additive manufacturing (AM), using the upper triple clamp of the ICAI Speed Club competition motorcycle as a case study. Starting from a 476 g solid billet, two redesign variants are developed using the generative design module of Solid Edge, applying different contour-protection strategies. Results are structurally validated through FEM simulation under a design load of 4,630 N per fork housing, derived from a maximum-braking-on-slope methodology. Design A achieves 228 g with a safety factor of 4.12, and Design B achieves 200 g with a safety factor of 3.55, representing a 26% mass saving over the original 270 g part. Both designs are post-processed using Altair Inspire's PolyNURBS tool and geometrically validated through three physical prototypes manufactured by FDM and SLA. The economic analysis compares AlSi10Mg additive manufacturing via PBF-LB/M (448 EUR, Protolabs) against CNC machining of the original component (479.47 EUR, Protolabs), confirming the competitiveness of AM for unit production. A buy-to-fly ratio of 1.05 versus 4.8 for CNC machining results in a 99% reduction in material waste and an 84% reduction in carbon footprint.