Tesis doctorales DING - INGS Doktoretza tesiak

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http://hdl.handle.net/2454/29499

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Browsing Tesis doctorales DING - INGS Doktoretza tesiak by Author "Ballesteros Egüés, Tomás"

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    PublicationEmbargo
    Optimización de estrategias para el diseño orientado a la fabricación aditiva (DfAM) de piezas metálicas aligeradas por deposición de energía focalizada (DED)
    (2024) Uralde Jiménez, Virginia; Veiga Suárez, Fernando; Ballesteros Egüés, Tomás; Ingeniería; Ingeniaritza
    Esta Tesis examina diversas etapas del flujo de fabricación aditiva metálica, con un enfoque especial en la tecnología Directed Energy Deposition-Arc (DED-Arc) y su conocimiento para orientar el diseño a la fabricación óptima. Cada estudio aborda un objetivo específico, motivado por las limitaciones actuales de esta tecnología. En la fase preliminar, se desarrolla una herramienta para la selección óptima de la tecnología de fabricación aditiva mediante la metodología AHP (Proceso Analítico Jerárquico), conocida por su efectividad en la toma de decisiones multicriterio. Los resultados indican que la Fiabilidad de la Técnica es el criterio más importante a la hora de seleccionar una tecnología de fabricación. Esta herramienta permite identificar la tecnología más adecuada para aplicaciones específicas, optimizando recursos y mejorando la calidad del producto final. La fase experimental se centra en el estudio de diferentes estrategias de deposición. Primero, se investiga la simetría en la fabricación mediante técnicas de solapamiento y oscilación, evaluando cómo la configuración geométrica y la técnica de deposición afectan la calidad y las propiedades mecánicas del material depositado. Los resultados principales muestran que la estrategia de oscilación produce mejores resultados en términos de simetría en comparación con la estrategia de solapamiento. Posteriormente, se comparan cuatro trayectorias distintas para abordar una intersección en cruz, con el fin de identificar la trayectoria óptima. Se comparan la intersección basada en el cruce de trayectorias solapadas (Cross-Overlapping), cruce de trayectorias oscilantes (Cross-Waving), una trayectoria oscilante de amplitud variable (Waving) y el solape de trayectoria en curva (Overlapping). Este análisis es crucial, ya que las intersecciones en las trayectorias pueden ser puntos críticos donde se concentran tensiones y se originan defectos. Su adecuada selección no solo mejora la integridad estructural de las piezas fabricadas, sino que también optimiza el tiempo y los costos de producción. El estudio reflejó que las estrategias Cross-Overlapping y Cross-Waving producen las geometrías óptimas, mientras que la estrategia de Waving requirió menos paradas por capa. Por último, se explora la fabricación de una pared combinando dos materiales mediante superposición y solapamiento (hibridación de materiales). Los resultados han demostrado que se pueden fabricar paredes con dos metales sin ningún defecto en la zona intermetálica. No se observaron defectos visuales, ni poros, ni grietas en la microestructura. Las paredes bimetálicas conservan la microestructura correspondiente a cada material por separado. Este estudio permite explorar nuevas propiedades híbridas y mejorar el rendimiento de las piezas finales. Para finalizar el trabajo, se presenta el diseño de un caso real: una pieza de utillaje aeronáutico orientada a la fabricación aditiva metálica (DfAM). Este caso práctico sintetiza los conocimientos adquiridos en las fases anteriores. La implementación de DfAM en el diseño de esta pieza ha permitido reducir un 63% el peso de la pieza inicial, optimizando su rendimiento y eficiencia. Esto demuestra cómo una comprensión profunda de las técnicas de fabricación aditiva puede transformar el proceso de diseño, reduciendo costos y mitigando el impacto ecológico de la producción. Esta Tesis contribuye al conocimiento teórico y tiene aplicaciones prácticas significativas de la tecnología, demostrando que un diseño bien fundamentado puede mejorar todos los aspectos de la fabricación aditiva.