DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA DE UNA ESTRUCTURA PARA MULTIROTOR (DRON)

Abstract

Se ha diseñado y optimizado la estructura de un dron multirrotor con el objetivo de reducir su peso sin comprometer su resistencia ni funcionalidad. Para ello se han empleado criterios de diseño generativo y optimización topológica, lo que ha permitido obtener una solución ligera, resistente y fabricable mediante impresión 3D. La geometría inicial ha sido definida en función de la distribución de los componentes y basada en una configuración estructural híbrida en X, cumpliendo con la normativa aplicable y con las restricciones propias de la impresora HP 580C, disponible en el laboratorio de Fabricación Aditiva. El material seleccionado ha sido PA12, por su buena combinación de rigidez, ligereza y calidad superficial. Durante cada iteración del proceso se ha llevado a cabo análisis por elementos finitos, comprobando que las tensiones se mantienen por debajo del límite elástico del material. Como resultado del proceso de diseño y optimización, la masa de la estructura se ha reducido de 426 gramos a 120 gramos, lo que supone una disminución del 73 % sin comprometer su resistencia ni funcionalidad. El modelo final, impreso con tecnología Multi Jet Fusion, presenta un coste estimado de 162,52 € y ha permitido fabricar una estructura lista para integrarse en un sistema completo, dando lugar a un dron plenamente funcional.

The structure of a multirotor drone has been designed and optimised with the aim of reducing its weight without compromising its strength or functionality. To achieve this, generative design and topological optimisation criteria have been applied, resulting in a lightweight and robust solution suitable for 3D printing. The initial geometry was defined based on the distribution of components and followed a hybrid X-shaped structural configuration, meeting applicable regulations and the constraints of the HP 580C printer available in the Additive Manufacturing Laboratory. PA12 was selected as the material due to its favourable combination of stiffness, low weight and surface quality. Finite element analysis was carried out during each iteration to ensure that stresses remained below the elastic limit of the material. As a result of the design and optimisation process, the mass of the structure was reduced from 426 grams to 120 grams, a 73% reduction, without compromising strength or functionality. The final model, printed using Multi Jet Fusion technology, has an estimated cost of €162.52 and has enabled the fabrication of a structure ready for integration into a complete system, making a fully functional drone feasible.