Estudio y optimización del proceso de diseño y fabricación de componentes aeroespaciales mediante aplicaciones de Diseño Generativo y Fabricación Aditiva

Abstract

[ES] A lo largo del presente Trabajo Fin de Grado se lleva a cabo un estudio general sobre el ciclo de vida de las aeronaves convencionales, así como el de los distintos componentes que las integran, con un enfoque principal en sus etapas de diseño, fabricación y ensamblaje, y con el propósito final de realizar una aportación a la mejora y optimización de dichos procesos mediante la implementación de nuevas tecnologías de diseño y fabricación emergentes.

Con la aparición de los nuevos materiales y geometrías complejas desarrollados por la industria aeroespacial, estas nuevas tecnologías emergentes, como son el Diseño Generativo y la Fabricación Aditiva, se consolidan como excelentes alternativas a las tradicionales, ofreciendo notables ventajas frente a estas y jugando un papel fundamental en el futuro de la industria. Su implementación permite un ahorro importante de material, reduciendo así el impacto ambiental y los costes asociados al proceso de producción, además de reducirse también el peso de la propia pieza (factor de gran relevancia en el sector aeroespacial). En este sentido, es fundamental el desarrollo de un diseño adecuado de la pieza para que esta pueda ser fabricada de la manera más eficiente y efectiva posible, tanto para elementos estructurales como funcionales. El dominio de las nuevas aplicaciones y herramientas de diseño y fabricación asistidos por ordenador se hace cada vez más estratégico para optimizar el resultado final. Su integración junto con las avanzadas plataformas de Gestión del Ciclo de Vida del Producto, que permiten administrar de forma globalizada toda la información generada durante los distintos procesos del ciclo de vida de un producto, constituye una combinación altamente innovadora y puntera para la industria.

El objetivo final será, por tanto, proponer las pautas necesarias para aplicar el Diseño Generativo al desarrollo de componentes aeroespaciales metálicos, con el fin poder de optimizar sus propiedades, peso y material, así como su proceso de fabricación y ensamblaje, gracias a la aplicación de la Fabricación Aditiva. Para conseguirlo, se abordarán las siguientes tareas:

- Análisis y caracterización de las técnicas de diseño, fabricación y ensamblaje actuales.

- Estudio de posibilidades, limitaciones y campos de mejora en el sector aeroespacial.

- Desarrollo de un caso práctico de estudio mediante una plataforma de CAD/CAM.

- Comparación de alternativas y análisis de resultados.

Asimismo, se abordarán las ventajas que ofrece la Fabricación Virtual, así como la generación automatizada de datos, la gestión de la información y el manejo de las herramientas tecnológicas de colaboración en el desarrollo de proyectos aeronáuticos. Por último, se plantearán propuestas de trabajos futuros y se realizará un estudio presupuestario del proyecto.

Este trabajo servirá como validación de las aplicaciones propuestas para el sector aeroespacial en el entorno académico, y permitirá al estudiante integrar los conocimientos adquiridos durante su formación correspondiente al Grado en Ingeniería Aeroespacial, realizando una primera aproximación real a los procesos diseño y fabricación aeroespaciales.

[EN] Throughout this Final Degree Project, a general study is carried out on the lifecycle of conventional aircraft, as well as that of the different components that integrate them, with a main focus on their design, manufacturing and assembly stages, and with the final purpose of making a contribution to the improvement and optimization of these processes through the implementation of new emerging design and manufacturing technologies.

With the appearance of new materials and complex geometries developed by the aerospace industry, these new emerging technologies, such as Generative Design and Additive Manufacturing, are consolidating as excellent alternatives to traditional ones, offering significant advantages over them and playing a key role in the future of the industry. Their implementation allows significant material savings, thus reducing the environmental impact and the costs associated with the production process, as well as reducing the weight of the part itself (a truly relevant factor in the aerospace sector). In this sense, it is essential to develop a suitable design of the part so that it can be manufactured in the most efficient and effective way possible, both for structural and functional elements. The mastery of new computer-aided design and manufacturing applications and tools is becoming increasingly strategic to optimize the final result. Their integration with advanced Product Lifecycle Management platforms, which allow globalized management of all the information generated during the different processes of a product's lifecycle, constitutes a highly innovative and cutting-edge combination for the industry.

The final objective will be, therefore, to propose the necessary guidelines to apply Generative Design to the development of metallic aerospace components, in order to optimize their properties, weight and material, as well as their manufacturing and assembly process, thanks to the application of Additive Manufacturing. To achieve this, the following tasks will be addressed:

- Analysis and characterization of current design, manufacturing and assembly techniques.

- Study of possibilities, limitations and fields of improvement in the aerospace sector.

- Development of a practical case study using a CAD/CAM platform.

- Comparison of alternatives and analysis of results.

Likewise, the advantages offered by Virtual Manufacturing will be discussed, as well as the automated generation of data, information management and the use of technological tools for collaboration in the development of aeronautical projects. Finally, proposals for future work will be put forward and a budget study of the project will be carried out.

This project will serve as validation of the proposed applications for the aerospace sector in the academic environment, and will allow the student to integrate the knowledge acquired during his academic background corresponding to the Bachelor¿s Degree in Aerospace Engineering, making a first real approach to the aerospace design and manufacturing processes.