Redisseny per a impressió 3D d'una mangueta FSAE i comparació amb el mecanitzat i la injecció a pressió

Aquest estudi detalla el procés de càlcul de la mangueta del vehicle del Formula Team de la Escola Politècnica Superior d’Enginyeria de Vilanova i la Geltrú, n’analitza les condicions de treball i la seva seguretat i n’estudia el pressupost. A partir d’aquí se’n presenten dos dissenys alternatius que exploten les qualitats d’altres mètodes de fabricació com són la impressió 3D i la injecció a pressió, se’n fan també un pressupost i finalment es comparen a nivell mecànic i a nivell econòmic. L’estudi comença amb un anàlisis de l’estat de l’art de la impressió 3D, estudiant-ne els diferents processos, en funció dels materials que poden utilitzar, del cost o de la velocitat a la que treballen. Tot seguit es detalla la ubicació de la mangueta dins el vehicle i s’estudien les forces a les que es veu sotmesa, per finalment fer-ne un estudi d’elements finits i valorar-ne la seguretat. A continuació es procedeix amb els dos redissenys aplicant l’optimització topològica, sobretot en la impressió 3D, per a potenciar les llibertats de forma que ens dona respecte els altres mètodes de fabricació. També es fa un estudi dels possibles materials per a la fabricació de la mangueta i s’escull el més adequat en cada cas. Pel que fa a la peça injectada, se’n fa un estudi de la viabilitat d’injecció en busca de problemes com ara unions fredes o la formació de porositats. Finalment se n’estudia la resistència mitjançant el mètode d’elements finits i es fa un pressupost per als dos dissenys. En la comparació a nivell mecànic veiem els resultats de la optimització topològica que ens ha permès crear peces més segures i sobretot més lleugeres, una propietat molt valuosa en el camp de l’automobilisme de competició en el que es troba la mangueta. Sobretot en la impressió 3D, on hem aconseguit una reducció del pes del 34%, tot augmentant la seguretat de la peça. A nivell econòmic, s’ha analitzat la rendibilitat de les tres peces en funció del volum de la producció, buscant el punt a partir del qual la injecció és el mètode òptim. This study details the calculating process of the vehicle’s upright of the Formula Team from the “Escola Politècnica Superior d’Enginyeria” de Vilanova i la Geltrú, it analyzes the working conditions and the safety, and it also studies its cost. After that, we proceed to design two alternative designs that explode the qualities of other manufacturing methods as the 3D printing or the high pressure die casting, and finally we also study de costs of those designs to do a comparison in terms of mechanical properties and economic results. The study starts with an analysis of the 3D printing actuality, by studying the different processes in function of the materials they can use, its cost or the velocity they work at. The next step is to detail the situation of the upright inside the vehicle and to study the forces that it receives. At last, we do a Finit Element Modeling study to know its safety. After that we proceed with the two redesigns applying topologic optimization, especially in the 3D printing one, to enhance the topologic freedom that this method gives us in front of the others. Furthermore, we also study all the possible materials that we can use in the manufacturing of the upright and we choose the perfect one. For the injected piece, we analyze the viability of the injection to see if there are any cold unions or porosity. Finally, we study the resistance with the FEM method and the cost of the two designs. In the mechanical comparison we can se the effect of the topologic optimization as we see that our designs are safer and especially lighter than the original one, and the lightness it’s a very valuable property in the field of competition motorsport. Especially in the 3D printing, where we obtained a weight reduction of the 34% while increasing the safety of the piece. In the economic comparison, we analyzed the profitability of the three designs in function of the production volume, searching the point where the high pressure die casting starts being the optimal manufacturing method.