DISEÑO GENERATIVO Y SIMULACIÓN DEL PROCESO DE IMPRESIÓN 3D DE UN COMPONENTE INDUSTRIAL

Abstract

Este proyecto se centra en el rediseño de un racor estructural de bicicleta mediante técnicas de diseño generativo con el objetivo de reducir el peso del componente sin comprometer a la resistencia mecánica. A través de un proceso iterativo de simulación y análisis FEM, se han generado versiones optimizadas de la pieza, adaptadas a las cargas reales que soporta el componente. Posteriormente, se ha llevado a cabo la fabricación aditiva de las distintas versiones del racor utilizando tres tecnologías de impresión 3D: FDM, SLA y MJF. Esta comparativa ha permitido evaluar las diferencias entre cada método en términos de precisión, acabado superficial, propiedades mecánicas y viabilidad económica. Se ha observado que, aunque la impresión 3D no es competitiva para producciones de grandes volúmenes, si es muy útil para series cortas y procesos de desarrollo donde la personalización y la agilidad del proceso son prioritarias. En cuanto al comportamiento estructural, las simulaciones han confirmado que las versiones optimizadas mantienen un rendimiento mecánico adecuado, al tiempo que reducen el uso del material. Además, el análisis económico ha demostrado que, en este caso, las piezas optimizadas no sólo son más ligeras, sino también más económicas que las versiones macizas. Como líneas futuras, se propone investigar la impresión del racor en metal, así como su comportamiento bajo condiciones dinámicas reales. En conjunto, el trabajo pone en valor la aplicación de la fabricación aditiva y la optimización estructural como herramientas eficaces de componentes mecánicos más eficientes y sostenibles.

This project focuses on the redesign of a structural bicycle lug using generative design techniques, with the goal of reducing the component’s weight without compromising mechanical strength. Through an iterative process of FEM simulation and analysis, optimized versions of the part have been generated, tailored to the actual loads the component must withstand.

Subsequently, additive manufacturing of the various lug versions was carried out using three 3D printing technologies: FDM, SLA, and MJF. This comparison made it possible to evaluate the differences between each method in terms of accuracy, surface finish, mechanical properties, and economic viability. It was observed that, although 3D printing is not competitive for large-scale production, it is very useful for short runs and development processes where customization and process agility are priorities.

Regarding structural performance, simulations confirmed that the optimized versions maintain adequate mechanical behavior while reducing material usage. Additionally, the economic analysis showed that, in this case, the optimized parts are not only lighter but also more cost-effective than the solid versions.

For future work, it is proposed to investigate metal printing of the lug as well as its behavior under real dynamic conditions. Overall, this project highlights the value of additive manufacturing and structural optimization as effective tools for creating more efficient and sustainable mechanical components.