Procesos de diseño de componentes con criterios de diseño generativo. Análisis y optimización de una pinza de freno

Abstract

En el marco global actual donde se persigue eficiencia y ahorro en cualquier innovación, la fabricación aditiva, unida a la optimización topológica, juegan un papel muy importante a la hora de mejorar los métodos no sólo de fabricación, sino también de diseño de componentes mecánicos. Estas nuevas tecnologías permiten la obtención de piezas con unos pesos muy reducidos y unos rendimientos excepcionales. Para demostrar la utilidad del diseño con criterio de optimización topológica, se ha elegido una pinza de freno comercial para un coche de FSAE, a partir de cuyas especificaciones se ha diseñado un modelo de pinza optimizada topológicamente mediante un conocido software de CAD. El fin principal ha sido mejorar la pieza en cuestión de masa, sin perder su capacidad estructural, además de seguir unos criterios para hacer posible su futura fabricación con impresión 3D metálica. Tras una serie de iteraciones en las que se ha ido refinando el espacio de diseño sobre el que se aplica la optimización topológica, se ha obtenido una pieza final que reúne los requisitos buscados. Se ha comprobado la funcionalidad del resultado obtenido mediante análisis FEM, a la par que se ha elaborado un breve estudio económico y una estimación del ahorro de emisiones que una pinza de freno optimizada topológicamente podría suponer en vehículos turismos.

In the current global framework where efficiency and savings are sought in any innovation, additive manufacturing, together with topological optimisation, play a very important role in improving not only manufacturing methods, but also the design of mechanical components. These new technologies make it possible to obtain parts with very low weights and exceptional performance. To demonstrate the usefulness of topologically optimised design, a commercial brake caliper for an FSAE car was chosen, from whose specifications a topologically optimised caliper model was designed using well-known CAD software. The main aim was to improve the part in terms of mass, without losing its structural capacity, as well as following criteria to enable its future manufacture with metal 3D printing. After a series of iterations in which the design space on which the topological optimisation is applied has been refined, a final part has been obtained that meets the desired requirements. The functionality of the result obtained has been checked by means of FEM analysis, at the same time as a brief economic study and an estimate of the emissions savings that a topologically optimised brake caliper could bring about in passenger cars.