Estudio y optimización de una pieza aeronáutica a través de fabricación aditiva

Abstract

[ES] Este Trabajo Final de Grado aborda el estudio y optimización de una pieza aeronáutica mediante fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, explorando las posibilidades que ofrecen las nuevas tecnologías de fabricación en el sector aeroespacial. Se parte de un soporte (bracket) de aeronave existente, obtenido de una investigación previa en la que se ha realizado un análisis similar. Esta pieza está fabricada originalmente en aluminio, y se busca la posibilidad de reducir su peso y el coste asociado a la fabricación manteniendo o incluso buscando la opción de mejorar sus prestaciones mecánicas mediante el uso de la aleación de titanio Ti6Al4V y técnicas de fabricación aditiva, en este caso mediante el uso de la tecnología DED.

Este trabajo incluye una revisión del estado del arte de la fabricación aditiva en la industria aeronáutica, centrándose en las tecnologías de Selective Laser Melting (SLM) y Directed Energy Deposition (DED), ya que son las que serán comparadas con los valores de la original, siendo el DED estudiado a lo largo del trabajo y el SLM el del estudio de referencia. Se realiza una optimización topológica de la pieza inicial y se diseña una nueva versión optimizada para ser fabricada mediante DED. El proceso incluye el diseño, análisis por elementos finitos, fabricación y ensayos experimentales de la pieza optimizada. Por último, se incluye la comparación entre los tres casos, el diseño original con mecanizado tradicional, el optimizado por SLM y el optimizado por DED, buscando cual de las diferentes tecnologías es la mejor dependiendo lo que se busque en un proyecto concreto.

[EN] This Final Degree Project addresses the study and optimization of an aeronautical component through additive manufacturing, also known as 3D printing, exploring the possibilities offered by new manufacturing technologies in the aerospace sector. The starting point is an existing aircraft bracket, obtained from previous research in which a similar analysis was conducted. This part is originally manufactured in aluminum, and the aim is to explore the possibility of reducing its weight and associated manufacturing costs while maintaining or even improving its mechanical performance through the use of Ti6Al4V titanium alloy and additive manufacturing techniques, in this case using DED technology.

This work includes a review of the state of the art in additive manufacturing in the aeronautical industry, focusing on Selective Laser Melting (SLM) and Directed Energy Deposition (DED) technologies, as these will be compared with the values of the original part. DED will be studied throughout the work, while SLM data comes from the reference study. A topological optimization of the initial part is performed, and a new optimized version is designed for manufacturing using DED. The process includes design, finite element analysis, manufacturing, and experimental testing of the optimized part. Finally, a comparison is made between the three cases: the original design with traditional machining, the SLM-optimized design, and the DED-optimized design, to determine which of the different technologies is best depending on the specific project requirements.