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

Abstract

Este proyecto se centra en la optimización topológica y el diseño generativo aplicados al rediseño de los brazos de sujeción de una prensa de sujeción paralela con el objetivo de reducir su masa y optimizarlos sin comprometer su funcionalidad. Inicialmente, se modelaron los componentes en Solid Edge a partir de planos existentes, verificando mediante análisis por elementos finitos (FEM) que cumplían los criterios de resistencia. Posteriormente, se aplicaron criterios de diseño generativo, lo que permitió iterar distintas configuraciones geométricas y seleccionar una solución que optimizara la distribución del material. Esta geometría final fue refinada con Altair Inspire para eliminar irregularidades y adaptarla a la fabricación.

La fase de producción incluyó la fabricación de prototipos mediante impresión 3D con diferentes tecnologías (MJP, PLA y CFR) y corte por chorro de agua, comparando sus costes y precisión. El resultado más destacado fue la reducción de volumen y peso de los brazos en un 25,63 % respecto al diseño original, logrando así una pieza más ligera y eficiente que conserva la rigidez estructural requerida.

El análisis comparativo concluyó que la impresión en material compuesto CFR y el corte por chorro de agua representan las alternativas más equilibradas en términos de coste y calidad para fabricar prototipos funcionales. Este trabajo demuestra el potencial de la combinación de diseño generativo y optimización topológica como herramientas eficaces en la modernización de componentes mecánicos. Este trabajo demuestra la utilidad de estas metodologías como herramientas clave para mejorar el diseño de componentes mecánicos y fomentar la innovación en entornos industriales.

This project focuses on topology optimization and generative design applied to the redesign of the clamping arms of a parallel clamp, with the objective of reducing their mass and optimizing them without compromising their functionality. Initially, the components were modeled in Solid Edge based on existing drawings, verifying through Finite Element Analysis (FEM) that they met the strength criteria. Subsequently, generative design criteria were applied, which made it possible to iterate through different geometric configurations and select a solution that optimized material distribution. This final geometry was refined using Altair Inspire to remove irregularities and adapt it for manufacturing.

The production phase included the fabrication of prototypes using 3D printing with different technologies (MJP, PLA, and CFR) and water jet cutting, comparing their costs and precision. The most notable result was a reduction of approximately 25.63% in the volume and weight of the arms compared to the original design, thus achieving a lighter and more efficient part that maintains the required structural rigidity.

The comparative analysis concluded that 3D printing with CFR composite material and water jet cutting represent the most balanced alternatives in terms of cost and quality for producing functional prototypes. This work demonstrates the potential of combining generative design and topology optimization as effective tools for modernizing mechanical components. It highlights the usefulness of these methodologies as key resources to improve the design of mechanical parts and foster innovation in industrial environments.