Diseño, optimización y fabricación mediante impresión 3D de un racor de pedalier para un cuadro de bicicleta

Abstract

El presente Trabajo de Fin de Grado aborda el diseño, optimización y fabricación de un racor de pedalier para un cuadro de bicicleta de diamante construido con tubos de aluminio reciclados, integrando optimización topológica, diseño generativo y fabricación aditiva metálica. El punto de partida es el aprovechamiento de tubos procedentes de cuadros desechados que conservan íntegramente sus propiedades mecánicas originales. Su reutilización directa elimina la necesidad de reprocesado, reduciendo el impacto ambiental y alineándose con los principios de economía circular y los Objetivos de Desarrollo Sostenible. El diseño se desarrolla en Solid Edge 2025, donde se modela el espacio de diseño y se configura el análisis por elementos finitos. Las cargas se definen según la normativa ISO 4210 y sobre esta base se ejecutan sucesivas iteraciones de optimización topológica. La geometría resultante se refina mediante la herramienta PolyNURBS de Altair Inspire, transformando la forma facetada del algoritmo en superficies continuas aptas para fabricación aditiva. El resultado es una reducción de masa del 69% respecto al sólido de partida, cumpliendo en todo momento el criterio de fatiga establecido. El componente final se fabrica en aluminio mediante DMLS, precedido de un prototipo de verificación dimensional en PLA que permite comprobar el ensamblaje antes de la pieza definitiva.

This Final Degree Project addresses the design, optimization and manufacturing of a bottom bracket shell for a diamond bicycle frame built with recycled aluminium tubes, integrating topology optimization, generative design and metal additive manufacturing. The starting point is the reuse of tubes from discarded bicycle frames that retain their original mechanical properties intact. Their direct reuse eliminates the need for reprocessing, reducing environmental impact and aligning with the principles of the circular economy and the Sustainable Development Goals. The design is developed in Solid Edge 2025, where the design space is modelled and the finite element analysis configured. Loads are defined according to ISO 4210 standards, and on this basis successive topology optimization iterations are carried out. The resulting geometry is then refined using the PolyNURBS tool in Altair Inspire, transforming the faceted output of the algorithm into continuous surfaces suitable for additive manufacturing. The outcome is a 69% mass reduction compared to the initial solid, while consistently meeting the established fatigue criterion. The final component is manufactured in aluminium via DMLS, preceded by a dimensional verification prototype in PLA that allows the assembly to be checked before producing the definitive part.