Diseño y optimización de biela de Bicicleta para fabricación por medio de técnicas aditivas

Abstract

[ES] En el presente estudio se aborda la metodología seguida para realizar un proceso de diseño y optimización de una biela de bicicleta. Para ello se ha llevado a cabo un estudio del mercado actual, haciendo especial hincapié en los elementos de la bicicleta que influyen en la morfología de la biela y en los procesos de fabricación empleados. Posteriormente se han estudiado los diferentes tipos de tecnologías aditivas disponibles y los materiales que se pueden procesar con cada una de ellas. A continuación se ha buscado una aleación de aluminio para ser impresa (AlSi10Mg) y que simultáneamente cumpliese con las propiedades mecánicas necesarias. Al mismo tiempo que se elegía el material, se ha tenido en cuenta las impresoras comerciales con capacidad para emplearlo y se ha sido seleccionada con vistas a la producción en serie, de tal forma que se reduzca el precio unitario del producto. Una vez finalizado el estudio previo se inicial el proceso de diseño a través de la plataforma colaborativa 3DExperience y sus diferentes aplicaciones. A continuación se ha verificado el diseño a través de un estudio de tensiones y deformaciones. Con el modelo CAD del diseño inicial se ha realizado, utilizando la aplicación Structural Gerenative Design un proceso de optimización topológica, del que se ha obtenido un modelo que se ha refinado y verificado, obteniendo unos resultados con los que se comparar. Como alternativa a la optimización inicial, se ha buscado una opción mejor de optimización, modificando la geometría de la biela para forzar a una distribución de tensiones sobre la biela que favorezca la generación de un modelo optimizado con mejores características. Con el modelo obtenido, y posteriormente rectificado, se ha realizado una verificación, de la que se han extraído unos resultados con los que comparar los modelos.

[E] This study deals with the methodology followed to carry out a design and optimisation process for a bicycle crank. To this end, a study of the current market has been carried out, with special emphasis on the elements of the bicycle that influence the morphology of the connecting rod and the manufacturing processes used. Subsequently, the different types of additive technologies available and the materials that can be processed with each of them were studied. Next, a search was made for an aluminium alloy to be printed (AlSi10Mg) that simultaneously fulfilled the necessary mechanical properties. At the same time as the material was chosen, commercial printers with the capacity to use it were taken into account and it was selected with a view to mass production, so as to reduce the unit price of the product. Once the preliminary study was completed, the design process was started using the 3DExperience collaborative platform and its different applications. The design was then verified by means of a stress and deformation study. With the CAD model of the initial design, a topological optimisation process was carried out using the Structural Gerenative Design application, from which a model was obtained that was refined and verified, obtaining results with which to compare. As an alternative to the initial optimisation, a better optimisation option has been sought, modifying the geometry of the connecting rod to force a distribution of stresses on the connecting rod that favours the generation of an optimised model with better characteristics. With the model obtained, and subsequently rectified, a verification has been carried out, from which results have been extracted to compare the models.