Optimización topológica del diseño de un soporte de una polea cable con criterios de diseño generativo y fabricación aditiva

Abstract

A partir de una propuesta de un conjunto mecánico (Soporte de polea cable), se ha realizado un rediseño de uno de los componentes (soporte). Para el rediseño se han empleado criterios de diseño generativo y optimización topológica, y posteriormente se ha realizado el prototipo mediante impresión 3D en el laboratorio de Fabricación Aditiva. Para realizar la propuesta de diseño, se utilizan los planos de conjunto de una polea de cable que se encuentran en el libro "Dibujo industrial: conjuntos y despieces" de 2004, que brindan detalles detallados sobre el diseño y funcionalidad de esta pieza, incluidas dimensiones, detalles de montaje, materiales sugeridos y especificaciones de carga. Sobre estas, nuestra pieza tendrá que soportar el peso del eje y la rueda de la polea sobre los dos agujeros principales de los soportes. Además, debemos agregar la cantidad de peso óptima. Después de investigar otras poleas en el mercado, se decide poner una masa de 1000 kg para el primer grupo de iteraciones y 3500 kg para el segundo grupo de iteraciones, ya que con la última iteración del primer grupo, podemos ver cómo podemos aumentar esta masa y que salga a si la pieza más rentable. Una vez se llega a la pieza final, se lleva a cabo un estudio de materiales para poder llevar a cabo la fabricación aditiva (FA) de los prototipos, siendo impreso el soporte sin optimizar por extrusión de material en PLA y el soporte optimizado y refinado por fusión de lecho de polvo en poliamida 11. Finalmente se concluye que la implementación de la OT ha resultado en una gran reducción en los costos de producción, lo que ha generado una disminución en el precio de 372.56 €, así como ha conseguido reducir el peso total de la estructura reduciéndola un 72,42% sin cambiar su resistencia y rigidez.

From a proposal for a mechanical set (Pole cable support), a redesign of one of the components is going to be made (support). For the redesign have been used generative design criteria and topological optimization, and subsequently the prototype has been carried out by 3D printing in the laboratory of Additive Manufacturing. To make the design proposal, the assembly plans of a cable pool found in the 2004 book "Industrial Drawing: Sets and Parts" are used, which provide detailed details on the design and functionality of this piece, including dimensions, mounting details, suggested materials, and load specifications. On these, our piece will have to withstand the weight of the axis and the wheel of the pole over the two main holes of the supports. In addition, we need to add the optimal amount of weight. After researching other poles on the market, it is decided to put a mass of 1000 kg for the first group of iterations and 3500 kg to the second group, since with the last iteration of the first Group, we can see how we can increase this mass and that it comes out to if the most profitable piece. Once the final piece is reached, a material study is carried out to be able to carry out the additive manufacturing (FA) of the prototypes, the non-optimized support being printed by extrusion of material in PLA and the optimized and refined support by fusion of dust bed in polyamide 11. Finally, it is concluded that the implementation of the OT has resulted in a great reduction in production costs, which has generated a decrease in the price of 372.56 €, as well as has managed to reduce the total weight of the structure by reducing it by 72.42% without changing its strength and rigidity.