ANÁLISIS, DISEÑO GENERATIVO Y FABRICACIÓN DE COMPONENTES DE USO FINAL MEDIANTE IMPRESIÓN 3D PARA APLICACIÓN INDUSTRIAL

Abstract

En este proyecto se ha realizado el análisis, diseño generativo y fabricación mediante técnicas de impresión 3D de una palanca de cambio secuencial, destinada a su posterior montaje e instalación en vehículos de competición. Partiendo de un modelo de referencia, se ha llevado a cabo un proceso de diseño completo basado en simulaciones de elementos finitos (FEM), definiendo las condiciones de contorno, las cargas aplicadas y el material base (Aluminio 7076-T6), con el objetivo de establecer un punto de partida válido para el proceso de optimización. Utilizando criterios de optimización topológica, se ha logrado generar un diseño optimizado que presenta una reducción de masa del 47,62%, resultando en un modelo más ligero, manteniendo su resistencia original. Con los resultados obtenidos, se llevó a cabo la impresión 3D de dos prototipos: Uno con la geometría de la palanca sin optimizar, aplicando tecnología FDM y PLA y el segundo con la geometría optimizada, usando tecnología MJF y Poliamida 12. El modelo final fue validado mediante simulación FEM, confirmando que se no se superaba el límite elástico del material. Finalmente, se realizó un análisis de costes, que confirmó que el modelo optimizado no solo mejora en términos estructurales, sino que reduce considerablemente el coste de fabricación respecto al modelo mecanizado. El flujo de trabajo planteado permite su aplicación directa al rediseño de otros componentes funcionales. Como línea futura, se contempla la fabricación del resto del mecanismo secuencial completo para su montaje y validación en conjunto.

This project involved the analysis, generative design, and manufacturing through 3D printing techniques of a sequential gear shifter, intended for subsequent assembly and installation in competition vehicles. Starting from a reference model, a complete design process was carried out based on finite element simulations (FEM), defining the boundary conditions, applied loads, and base material (Aluminum 7075-T6), with the aim of establishing a valid starting point for the optimization process. Using topological optimization criteria, an optimized design was generated that achieves a mass reduction of 47.62%, resulting in a lighter model while maintaining its original strength. Based on the results obtained, two prototypes were 3D printed: one with the non-optimized geometry using FDM technology and PLA, and the other with the optimized geometry using MJF technology and Polyamide 12. The final model was validated through FEM simulation, confirming that the yield strength of the material was not exceeded. Finally, a cost analysis was carried out, which confirmed that the optimized model not only improves structurally, but also significantly reduces the manufacturing cost compared to the machined model. The proposed workflow enables its direct application to the redesign of other functional components. As a future line of work, the fabrication of the remaining components of the sequential mechanism is considered, for assembly and complete system validation.