DISEÑO GENERATIVO DEL PEDAL-BIELA DE UNA BICICLETA Y SU FABRICACIÓN MEDIANTE FUNDICIÓN AL MODELO PERDIDO

Abstract

La búsqueda de componentes más ligeros sin comprometer su resistencia estructural es un objetivo clave en sectores como la movilidad sostenible. Este proyecto aborda el diseño de una biela de bicicleta y la reducción de su masa mediante el uso de herramientas de diseño generativo y optimización topológica, manteniendo la resistencia necesaria para su funcionamiento. Debido a la complejidad de la geometría resultante de la solución optimizada, se ha optado por la fabricación mediante fundición al modelo perdido como una alternativa económicamente viable frente a la impresión 3D metálica. La incorporación de técnicas de impresión 3D para la fabricación de los modelos utilizados en la fundición supone un avance significativo, ya que facilita la integración entre el diseño generativo y la fabricación rápida de piezas.

Las conclusiones principales obtenidas a lo largo del proyecto confirman que la optimización topológica es una herramienta eficaz para reducir masa sin comprometer la integridad estructural. Además, la fundición al modelo perdido se presenta como una solución ideal para fabricar piezas metálicas complejas a un coste inferior respecto a la impresión 3D metálica. No obstante, se identifican limitaciones en la calidad superficial obtenida, especialmente en ausencia de mecanizado posterior.

The pursuit of lighter components without compromising structural strength is a key objective in sectors such as sustainable mobility. This project focuses on the design of a bicycle crank arm and the reduction of its mass through generative design and topology optimization tools, ensuring that the required structural performance is maintained throughout. Due to the complexity of the geometry resulting from the optimized solution, investment casting has been selected as a cost-effective and feasible manufacturing alternative to metal 3D printing. Furthermore, the incorporation of 3D printing techniques for the production of the disposable casting models represents a significant step forward, as it facilitates the integration between digital generative design and rapid fabrication of functional parts.

The main conclusions drawn from this project confirm that topology optimization is an effective tool for reducing mass while preserving mechanical integrity. Additionally, investment casting is shown to be an ideal approach for manufacturing metal parts with complex geometries obtained through generative design, offering a lower-cost alternative to metal additive manufacturing. However, the process does present limitations, particularly in the surface finish quality of the resulting parts when no post-processing or machining is applied, which may be required depending on the final application.