Análisis y optimización del proceso de diseño y producción de un chasis de bicicleta infantil mediante la utilización de criterios de optimización topológica y tecnologías de impresión 3D

Abstract

El presente trabajo consiste en el análisis y optimización del proceso de diseño y producción de un chasis de bicicleta infantil mediante la utilización de criterios de optimización topológica y tecnologías de impresión 3D. Se ha realizado un estudio de los flujos de trabajo de diseño y fabricación de un producto, para poder realizar una propuesta acorde a las especificaciones del proyecto, enfocándolo a la optimización topológica y la impresión 3D. A continuación, se ha escaneado el chasis de bicicleta con un escáner 3D de luz blanca para conseguir un modelo CAD de la pieza que se quiere optimizar. Con el modelo del chasis original ya escaneado, se ha determinado el ensayo a estudiar con el método de elementos finitos. Después, se ha aplicado la metodología de optimización topológica para conseguir, a través de diversas iteraciones, un chasis optimizado con una reducción de masa del 35%. Por último, se han fabricado dos prototipos del modelo con tecnologías de fabricación aditiva. Los prototipos impresos en 3D han sido el chasis escaneado y el chasis optimizado, ambos en escala 1:2. Para la fabricación de estas piezas la tecnología de impresión 3D ha sido la fusión por lecho de polvo, con el material PA12.

The present work consists of the analysis and optimization of the design and production process of a children's bicycle chassis through the use of topological optimization criteria and 3D printing technologies. A study of the design and manufacturing workflows of a product has been carried out, in order to make a proposal according to the project specifications, focusing on topological optimization and 3D printing. Next, the bicycle chassis was scanned with a white light 3D scanner to obtain a CAD model of the part to be optimized. With the original chassis model already scanned, the test to be studied with the finite element method has been determined. Afterwards, the topological optimization methodology has been applied to achieve, through various iterations, an optimized chassis with a mass reduction of 35%. Finally, two prototypes of the model have been manufactured with additive manufacturing technologies. The 3D printed prototypes have been the scanned chassis and the optimized chassis, both in 1:2 scale. To manufacture these parts, the 3D printing technology was powder bed fusion, with the PA12 material.