Diseño y fabricación de un dron mediante diseño generativo e impresión 3D

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES Grado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Producto Autor: De La Cruz León, Jorge Titulo: Diseño y fabricación de un dron mediante diseño generativo e impresión 3D Tutor: Magdaleno Martín, Jesús Construcciones Arquitectónicas, Ingeniería del Terreno y Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de Estructuras Valladolid, Junio 2021. TFG | Jorge De La Cruz León 2 | P á g i n a TFG | Jorge De La Cruz León 3 | P á g i n a RESUMEN En este proyecto se busca llevar a cabo la fabricación de un producto real, siguiendo la filosofía del DIY (Hazlo tú mismo), en el que el último de los pasos sea la puesta en funcionamiento del objeto diseñado. El proyecto consiste en el diseño de un dron, en el que se van a aplicar las técnicas del diseño generativo para la generación de la estructura principal, así como el resto componentes estructurales. Los componentes electrónicos del proyecto se adquirirán a proveedores externos, y posteriormente serán montados en el diseño. Se recurrirá al método de fabricación por impresión 3D, por su fácil accesibilidad y ser un método idóneo para modelos de diseño generativo. Esta aplicación buscara reducir el material utilizado para generar el diseño, así como los costes y tiempos de fabricación. Se hará uso del software Fusion360 para desarrollar el modelo, creando piezas equivalentes a nivel funcional a las diseñadas originalmente, pero con una reducción de material considerable. Palabras clave: Dron, diseño generativo, frame, impresión 3D, DIY. Abstract This project seeks to carry out the manufacture of a real product, following the philosophy of DIY (Do it yourself), in which the last of the steps is the commissioning of the designed object. The project consists of the design of a drone, in which the generative design techniques for the generation of the main structure will be applied, as well as the other structural components. The electronic components of the project will be purchased from external suppliers and will then be assembled into the design. The 3D printing manufacturing method will be used, because of its easy accessibility and being an ideal method for generative design models. This application will seek to reduce the material used to generate the design, as well as the costs and manufacturing times. The Fusion360 software will be used to develop the model, creating parts that are functionally equivalent to those originally designed, but with a considerable material reduction. Key words: Drone, generative design, frame, 3D printing, DIY. TFG | Jorge De La Cruz León 4 | P á g i n a TFG | Jorge De La Cruz León 5 | P á g i n a ÍNDICE 1. Introducción ........................................................................................................................ 12 1.1. Estructura .................................................................................................................... 12 1.2. Objetivos ..................................................................................................................... 12 2. Estado del arte .................................................................................................................... 15 2.1. Introducción ................................................................................................................ 15 2.2. Productos existentes ................................................................................................... 15 2.3. DIY (do it yourself) ....................................................................................................... 18 2.3.1. Ejemplos de aplicaciones DIY .................................................................................. 19 2.3.2. DIY Dron .................................................................................................................. 20 2.4. Dron ............................................................................................................................. 23 2.4.1. Funcionamiento ...................................................................................................... 24 2.4.2. Tipos de drones ....................................................................................................... 25 2.4.2.1. Según su ala ......................................................................................................... 25 2.4.2.2. Según el tamaño del frame ................................................................................. 26 2.5. Impresión 3d ............................................................................................................... 27 2.5.1. Origen ...................................................................................................................... 27 2.5.2. Tipos de impresoras 3D ........................................................................................... 28 2.5.2.1. SLA ....................................................................................................................... 29 2.5.2.2. SLS ....................................................................................................................... 30 2.5.2.3. FDM ..................................................................................................................... 31 2.6. Diseño Generativo ....................................................................................................... 32 2.6.1. Orígenes .................................................................................................................. 33 2.6.2. ¿Qué es el diseño generativo? ................................................................................ 34 2.6.3. ¿Por qué diseño generativo? ................................................................................... 35 2.6.4. Aplicaciones del diseño generativo ......................................................................... 36 3. Desarrollo y resultados ....................................................................................................... 41 3.1. Componentes electrónicos ......................................................................................... 42 3.2. Diseño mecánico ......................................................................................................... 47 3.2.1. Primera versión ....................................................................................................... 47 3.2.2. Segunda Versión ...................................................................................................... 50 3.2.3. Tercera Versión ....................................................................................................... 51 3.2.4. Cuarta versión ......................................................................................................... 53 3.2.5. Versión final............................................................................................................. 55 TFG | Jorge De La Cruz León 6 | P á g i n a 3.2.6. Almohadilla anti-vibraciones ................................................................................... 60 3.2.7. Jaula electrónica ...................................................................................................... 61 3.3. Materiales ................................................................................................................... 63 3.3.1. PLA ........................................................................................................................... 63 3.3.2. ABS .......................................................................................................................... 66 3.3.3. PETG ........................................................................................................................ 67 3.4. Proceso de fabricación ................................................................................................ 69 3.5. Configuración de vuelo ............................................................................................... 72 3.6. Recomendaciones finales ............................................................................................ 77 4. Conclusiones........................................................................................................................ 79 5. Referencias .......................................................................................................................... 81 Planos .......................................................................................................................................... 85 Anejos .......................................................................................................................................... 93 Presupuesto .............................................................................................................................. 105 TFG | Jorge De La Cruz León 7 | P á g i n a TFG | Jorge De La Cruz León 8 | P á g i n a TABLA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 / Archivos del sitio web ¨Cults3D¨ [1] .................................................................... 16 Ilustración 2 / Archivos del sitio ¨Thingiverse¨ [2] ...................................................................... 16 Ilustración 3 / Drone de la Marina US [3] .................................................................................... 16 Ilustración 4 / X VEIN drone [4] ................................................................................................... 17 Ilustración 5 / Drone UVify [4] .................................................................................................... 17 Ilustración 6 / Dron de Robotics y My Mini Factory [4] .............................................................. 17 Ilustración 7 / Decoración DIY [8]............................................................................................... 19 Ilustración 8 / Prenda de ropa hecha con recortes de textil viejo [9] ......................................... 20 Ilustración 9 / jueguete para niños con objetos reutilizados [10] .............................................. 20 Ilustración 10 / Drone hecho de madera [11] ............................................................................. 21 Ilustración 11 / Dron apartir de piezas objetos reciclados [12] .................................................. 22 Ilustración 12 / Drone Impreso en 3D [11]................................................................................. 23 Ilustración 13 ............................................................................................................................... 24 Ilustración 14 / Dron ala fija [16] .............................................................................................. 25 Ilustración 15 / Cuadricóptero [16] ............................................................................................. 26 Ilustración 16 /Tricóptero [16] .................................................................................................... 26 Ilustración 17 / Hexacóptero [16] ............................................................................................... 26 Ilustración 18 / Octocópero [16] ................................................................................................. 26 Ilustración 19 Pieza impresa mediante SLA [18] ......................................................................... 29 Ilustración 20 Pieza impresa mediante SLS [19] ......................................................................... 30 Ilustración 21 Pieza impresa por FDM [20] ................................................................................. 31 Ilustración 22 / Corpantimento de cabina [23] ........................................................................... 32 Ilustración 23 / Soporte cinturon de seguridad [23] ................................................................... 32 Ilustración 24 / Silla Tamu [23].................................................................................................... 33 Ilustración 25 / Metropol Parasol [26] ........................................................................................ 36 Ilustración 26 /Metropol Parasol [26] ......................................................................................... 36 Ilustración 27 Media suela con aplicación de DG [27] ................................................................ 37 Ilustración 28 / Yeezy con aplicación de DG [28] ........................................................................ 38 Ilustración 29 / Ferula con aplicación de DG [29] ....................................................................... 38 Ilustración 30 / Emisora FlySky.................................................................................................... 42 Ilustración 31 / Motor 2300Kv .................................................................................................... 43 Ilustración 32 / Blheli_s 30A ........................................................................................................ 43 Ilustración 33 / Controlador de vuelo ......................................................................................... 44 Ilustración 34 / transmisor de video y antena ............................................................................ 44 Ilustración 35 / Receptor ............................................................................................................. 44 Ilustración 36 / Leds y Buzzer ...................................................................................................... 45 Ilustración 37 / Batería ................................................................................................................ 46 Ilustración 38 / montaje placas electrónicas .............................................................................. 46 Ilustración 39 / montaje placas electrónicas .............................................................................. 46 Ilustración 40 / Primer diseño ..................................................................................................... 47 Ilustración 41 / Primera aplicación D.G. ...................................................................................... 48 Ilustración 42 / Fuerzas aplicadas ............................................................................................... 49 TFG | Jorge De La Cruz León 9 | P á g i n a Ilustración 43 / Segunda aplicación de D.G................................................................................. 50 Ilustración 44 / Tercer Diseño ..................................................................................................... 51 Ilustración 45 / Parámetros para el D.G. ..................................................................................... 52 Ilustración 46 / Tercera aplicación D.G. ...................................................................................... 53 Ilustración 47 / Cuarto Diseño .................................................................................................... 53 Ilustración 48 / Cuarta aplicación D.G. (Aluminio) ...................................................................... 54 Ilustración 49 / Cuarta aplicación D.G. (PETG) ............................................................................ 54 Ilustración 50 / Primer prototipo impreso en 3D ........................................................................ 55 Ilustración 51 / Primer prototipo impreso en 3D ........................................................................ 55 Ilustración 52 / Escenario fuerzas diseño final ............................................................................ 57 Ilustración 53 / Diferentes modelos generados en Fusion360 ................................................... 58 Ilustración 54 / Versión final de aluminio ................................................................................... 59 Ilustración 55 / Versión final ....................................................................................................... 60 Ilustración 56 ............................................................................................................................... 61 Ilustración 57 / Fuerzas aplicadas ............................................................................................... 62 Ilustración 58 / Jaula para electrónica impresa en 3D ................................................................ 63 Ilustración 59 / Pellets PLA [30] .................................................................................................. 64 Ilustración 60 / Ficha Técnica PLA BQ ......................................................................................... 65 Ilustración 61 / Piezas de LEGO en ABS [31] ............................................................................... 66 Ilustración 62 / Pellets PETG [32] ................................................................................................ 67 Ilustración 63 / Detalle del programa generado ......................................................................... 71 Ilustración 64 / Proceso de impresión ........................................................................................ 71 Ilustración 65 / primera conexión del Dron al PC ....................................................................... 73 Ilustración 66 / Menu de Betaflight ............................................................................................ 73 Ilustración 67 / Configuración venta de puertos ........................................................................ 74 Ilustración 68 / relación de velocidades de tiempo de comunicación [33] ................................ 74 Ilustración 69 / tipo de Dron ....................................................................................................... 74 Ilustración 70 / Configuración del nombre y tipo de receptor ................................................... 75 Ilustración 71 / Configuración del receptor ................................................................................ 75 Ilustración 72 / Configuración ventana de modos de vuelo y controles de la emisora .............. 76 Ilustración 73 / Configuración de los motores ............................................................................ 77 Ilustración 74 / Calculo de tensiones .......................................................................................... 93 Ilustración 75 / Calculo de Fusion360 ......................................................................................... 94 Ilustración 76 / Desplazamiento Máximo ................................................................................... 95 Ilustración 77 / Tabla de convergencia ....................................................................................... 95 Ilustración 78 / Calculo de tensiones Frame ............................................................................... 96 Ilustración 79 / Impresión en TPU de las almohadillas ............................................................... 98 Ilustración 80 / Impresión del frame en PLA ............................................................................... 98 Ilustración 81 / Jaula impresa en 3D ........................................................................................... 99 Ilustración 82 / Proceso de impresión del frame ........................................................................ 99 Ilustración 83 / Imagen del dron montado ............................................................................... 100 Ilustración 84 / Vista desde otro ángulo ................................................................................... 100 Ilustración 85 / Vista lateral ...................................................................................................... 101 Ilustración 86 / Vista trasera ..................................................................................................... 101 Ilustración 87 / Vista de planta inferior .................................................................................... 102 TFG | Jorge De La Cruz León 16 | P á g i n a Como puede verse la variedad de opciones es muy elevada, sin embargo, presentan una dificultad, ya que, aunque se disponga de los archivos para imprimir, no se dispone del resto de los componentes, sin que tampoco se especifiquen cuáles son, ya que, en estas webs, solo podemos descargar los archivos 3D. Por sí sólo, con la información y archivos que aparecen en estas páginas, no seriamos capaces de ejecutar el proyecto, además de que en ninguno de estos modelos existen piezas con diseño generativo. Por otra parte, existen propuestas creadas por empresas especializadas, a diferencia de las realizadas por ¨makers¨, a las que nos acabamos de referir. Algunos de estos proyectos son: − Cuerpo de la marina de US (Ilustración 3) Este dron se consigue montar en menos de 3 minutos, puede aguantar el vuelo durante unos 20 minutos, aproximadamente, y al no tener tren de aterrizaje, en Ilustración 1 / Archivos del sitio web ¨Cults3D¨ [1] Ilustración 2 / Archivos del sitio ¨Thingiverse¨ [2] Ilustración 3 / Drone de la Marina US [3] TFG | Jorge De La Cruz León 17 | P á g i n a esta maniobra suele romperse alguna pieza por lo que luego hay que volver a imprimirla, siendo esta una de las grandes ventajas de esta tecnología, la facilidad de reposición de piezas. − Effort X VEIN Dron (Ilustración 4). Este proyecto cobra impulso tras el terremoto y tsunami de Japón en 2011 con la intención de ser utilizado en catástrofes naturales y zonas peligrosas para buscar fallecidos y supervivientes que puedan haber quedado atrapados. [5] − UVify (Ilustración 5) es una empresa dedicada a crear experiencias únicas con drones. Han desarrollado un dron impreso en 3D que les permite llegar a los clientes de forma mucho más rápida y con una calidad alta. Creando así una experiencia única. − Las empresas 3D Robotics y My Mini Factory han colaborado para desarrollar un dron impreso en 3D (Ilustración 6) del que los archivos .STL se pueden encontrar en la red para su libre uso. Además, en su web se podían encontrar, también los componentes electrónicos, por lo que resultaba factible desarrollar todo el proyecto. Sin embargo, actualmente ya no están disponibles estos componentes. Ilustración 4 / X VEIN drone [4] Ilustración 5 / Drone UVify [4] Ilustración 6 / Dron de Robotics y My Mini Factory [4] TFG | Jorge De La Cruz León 18 | P á g i n a 2.3. DIY (do it yourself) Para poder entender mejor cual es el objetivo de este proyecto es necesario explicar el concepto de “DIY”. DIY son las iniciales de la expresión inglesa ¨Do it yourself¨, que puede traducirse como ¨hazlo tú mismo¨. Una tendencia que se ha visto incrementada con los proyectos y reparaciones, llevadas a cabo por particulares sin recurrir a talleres o expertos. Aunque en los últimos años esta tendencia haya experimentado un alto crecimiento, su origen se remonta a unos cuantos años atrás. En 1683 Joseph Moxon público su libro Mechanick exercises donde explicaba como ser herrero, fundir metal, dibujar, imprimir y grabar libros, hacer mapas, etc. [6] En el siglo XIX aparecieron muchos otros libros que describían como hacer proyectos en detalle. No solo eran hombres los autores de estos proyectos, sino que también había mujeres implicadas en este arte,como Mary Gascoigne, quien público un libro de cómo ser tornero en el que exponía: ‘Why should not our fair countrywomen participate in this amusement? Do they fear it is too masculine and laborious for a female hand? If so, that anxiety is easily removed…’ [7] Este desarrollo coincidió con la moral de la época, basada en ayudarse a sí mismo. Gradualmente fue creciendo la filosofía del lugar en el hogar y el ocio productivo tuvo un boom, ya que hacer cosas para uno mismo se convirtió en una necesidad más que en un lujo, derivado, mayoritariamente, del babyboom, que, entre otras cosas, volvía cada vez más complicada la posibilidad de comprar juguetes a los hijos, por lo que mucha gente experimentó haciéndolos ellos mismo. En el siglo XX, las dificultades derivadas de las guerras hicieron que esta tendencia siguiese al alza. Durante 1950 y 1960 se produce la gran explosión del DIY. La gente disponía de más tiempo libre debido a la reducción de la jornada laboral. También, a consecuencia de los avances en la fabricación, derivados de la segunda guerra mundial, la mayoría de los procesos fabriles estaban racionalizadas, lo que motivó que las personas TFG | Jorge De La Cruz León 19 | P á g i n a intentasen hacer las cosas por ellos mismos. Además, también aparecieron diferentes programas de televisión sobre esta tendencia que tuvieron un gran éxito. Esta cultura más adelante se adoptará como una alternativa al capitalismo del consumo continuo, y busca, precisamente, no tener que comprarlo todo sino poder realizar las cosas por uno mismo ahorrando dinero. Este arte se puede extrapolar a cualquier disciplina como la artesanía, la música, la ropa, reparaciones, etc. 2.3.1. Ejemplos de aplicaciones DIY Actualmente si buscamos en internet sobre el DIY encontraremos numerosos blogs con ejemplos de DIY de artesanía y manualidades. Aunque estas técnicas cumplen con la definición de la palabra DIY, hazlo tú mismo, ya que son producto elaborados por uno mismo, objetivamente no se pueden considerar como DIY, puesto que la filosofía de este movimiento no consiste solamente en la autoproducción, sino en hacer frente al consumismo. En la mayoría de los proyectos DIY, que encontramos en estos blogs, es necesario comprar el 100% del material que se utiliza, siendo, en muchos casos, materiales ya elaborados, por lo que, desde ese punto de vista, no tendían la consideración de DIY. Por el contrario, existen una serie de proyectos que sí pueden considerarse como DIY, de los que mostramos, a continuación, algunos ejemplos: En el ámbito de la decoración del hogar son múltiples los proyectos que podemos encontrar por la red para hacerlos nosotros mismos, muchos de ellos sí que son realmente acordes a la filosofía de esta tendencia, principalmente todos aquellos en los que no necesitemos adquirir materiales nuevos, sino que usemos objetos que tengamos a nuestro alcance o simplemente hayamos rescatado y les demos una segunda vida. Seguramente nos hemos encontrado alguno en Ilustración 7 / Decoración DIY [8] TFG | Jorge De La Cruz León 20 | P á g i n a casas de familiares, amigos y/o conocidos, en comercios, bares o restaurantes, o en alguna foto navegando por la red. (Ilustración 7) Un sector en el que se pueden ver muchos ejemplos de esta técnica es el del textil. Existen multitud de ideas de aplicaciones del DIY sobre prendas antiguas para reutilizarlas dándolas un uso diferente al anterior, consiguiendo, además, alargar su vida útil. (Ilustración 8) Otro ámbito, donde se encuentran proyectos realizados con esta técnica, es el del entretenimiento. El abanico de posibilidades que existe para realizar estos proyectos es muy amplio, ya que antiguamente la mayoría de los juguetes que usaban nuestros antecesores eran hechos por ellos mismos y cualquier objeto reutilizado podía ser un sinfín de diferentes formas de jugar con él, llegando a tener tantas posibilidades como imaginación tenía tu mente. (Ilustración 9) 2.3.2. DIY Dron Es este concepto de “hazlo tú mismo”, junto al ahorro en costes de producción, lo que lleva a plantear la idea de este proyecto de construir un drone con los medios disponibles al alcance. Ilustración 8 / Prenda de ropa hecha con recortes de textil viejo [9] Ilustración 9 / jueguete para niños con objetos reutilizados [10] TFG | Jorge De La Cruz León 21 | P á g i n a Actualmente se puede encontrar una gran variedad de gente que ya ha realizado esta idea utilizando los medios disponibles en cada caso, a continuación, se mostraran algunos proyectos. Hay que aclarar que dentro de las partes que componen un dron no todas son posibles de hacer por uno mismo, sino que algunas es necesario comprarlas y en algún caso pueden ser reutilizadas de otro producto. Todos los componentes electrónicos tienen que ser adquiridos de algún proveedor a no ser que se disponga de los medios para poder fabricarlos que no suele ser muy común, al igual que los motores. Actualmente se pueden encontrar diferentes proyectos que se basan en esta idea, utilizando diversos materiales y distintos medios, según las disponibilidades y recursos personales. Veamos algunos ejemplos. En primer lugar, se encuentra un dron con una estructura realizada a partir de piezas de madera cortadas con corte laser (Ilustración 10). Este diseño tiene la ventaja de que la mayoría de sus piezas parecen utilizar uniones móviles, es decir, no necesitaríamos de herramientas externas para su ensamblaje en caso de necesitar recomponer alguna. También es un método de prototipado muy rápido ya que, si se dispone del material, los archivos 2D y la máquina de corte laser, se podría tener las piezas en cuestión de horas además de que la posibilidad de replicar las piezas sería tan extensa como el material de que dispongamos. Ilustración 10 / Drone hecho de madera [11] TFG | Jorge De La Cruz León 22 | P á g i n a Otra posibilidad que se encuentra es la de utilizar elementos completamente reciclados, dándoles así una segunda vida. Esta idea tiene un coste muy inferior ya que solo sería necesario adquirir la parte electrónica y buscar los elementos adecuados para conseguir montar las piezas en sus orientaciones idóneas. En la imagen (Ilustración 11) se puede ver como este dron está construido completamente con materiales reutilizados, usando para las uniones elementos como bridas o cinta adhesiva. También se puede ver como se ha utilizado un envase reutilizado para cubrir la electrónica y unas pelotas para los apoyos de los motores. Este método presenta una gran diferencia en cuanto a costes económicos, pero puede resultar más complicado encontrar los diferentes elementos que lo compone y disponer de las condiciones necesarias para poder construir un dron completo. Además, es muy difícil de replicar y, en el caso de que alguna pieza sufra una avería es posible que no tengamos posibilidad de encontrar otra igual. También existen multitud de diseños en los que realizan las piezas mediante la impresión 3D ya que esta tecnología otorga la posibilidad de personalizar cada una de las partes al gusto del usuario. Ilustración 11 / Dron apartir de piezas objetos reciclados [12] TFG | Jorge De La Cruz León 23 | P á g i n a En la imagen (Ilustración 12) se puede ver un diseño de dron muy básico pero eficaz en el que el frame está hecho mediante impresión 3D. Esta tecnología permite un rango muy amplio de juego con las formas de las piezas, multitud de variantes de colores y un abanico amplio de materiales, lo que permite unos niveles muy elevados de personalización. Esta forma de construir tu propio dron es una de las más utilizadas, ya que se consiguen piezas muy ligeras y con mucha resistencia, permitiéndonos disminuir considerablemente el peso de nuestro dron y así disponer de mayor fuerza en los motores para realizar maniobras de vuelo. 2.4. Dron Un dron es conocido como un vehículo aéreo no tripulado que se controla mediante control remoto y que usa la fuerza de sus motores para elevarse. [13] Los primeros drones que existieron los encontramos entorno a los años 20 y distan mucho de lo que hoy se conoce como dron. Su transformación tiene mucho que ver con la evolución de los materiales y sus componentes pudiendo reducirse mucho el tamaño y peso con respecto a los primeros diseños. Ilustración 12 / Drone Impreso en 3D [11] TFG | Jorge De La Cruz León 24 | P á g i n a 2.4.1. Funcionamiento Para explicar el funcionamiento de un dron hay que empezar entendiendo como funciona un avión. Las alas de los aviones tienen una forma que se denomina perfil alar, que consiste en una parte superior curva y una parte inferior plana, provocando que el flujo de aire que pasa por la parte superior del perfil transcurra a diferente velocidad, siendo la de arriba mayor que la de abajo, provocando así una fuerza de sustentación. Pero esto no sería suficiente para hacerlo volar. Para conseguir ese objetivo hay que tener en cuenta el concepto de ángulo de ataque, de manera que si inclinamos un poco el perfil alar conseguimos que el flujo de aire, que pasa por debajo del perfil alar genere una fuerza vertical. Para conseguir que estas fuerzas sean capaces de elevar un avión, necesitamos que la velocidad a la que pasa el aire por el perfil sea muy grande. Por eso los aviones necesitan coger velocidad para poder realizar el despegue. [14] En cuanto al helicóptero, este tiene en sus aspas un perfil alar similar al de los aviones, con lo que moviendo estas a gran velocidad conseguimos el mismo efecto que en los aviones, generando unas fuerzas que provocan que el helicóptero sea capaz de despegar. En cambio, si sus hélices permanecieran fijas el helicóptero solo sería capaz de ascender y descender, pero nunca moverse en dirección horizontal. Para conseguirlo el rotor de los helicópteros tiene un sistema complejo que hace que las hélices basculen cambiando el centro de gravedad del helicóptero, siendo capaces, las hélices, de cambiar el ángulo de ataque individualmente, de tal manera que, cambiando el ángulo de ataque en un punto de su movimiento circular Ilustración 13 TFG | Jorge De La Cruz León 25 | P á g i n a estaríamos cambiando la distribución de fuerzas y, de este modo, el helicóptero podría ser desplazado de forma horizontal. [15] El funcionamiento de un dron este heredado de estos conceptos, visto anteriormente, teniendo la ventaja de que, como este suele tener más de un eje, no es necesario que los rotores basculen ente si, sino que simplemente con disminuir las velocidades de alguno de sus ejes, en función del movimiento que se desea realizar, es suficiente para conseguir una distribución desequilibrada de fuerzas, provocando el movimiento horizontal del dron. Para poder mover el dron de forma sencilla sin tener que controlar los motores individualmente, se utiliza un mando radio control, que suelen tener dos joysticks, uno para controlar el movimiento de ascenso y descenso, y otro para los movimientos laterales. Este mando radio control emite una señal en función de la dirección en la que estamos moviendo los joysticks del propio mando. Esa señal es captada por una antena situada en el dron que envía la información a una PCB colocada en su interior, que a su vez decodifica la señal, enviando la información a los controladores de vuelo situados en la salida y entrada de los motores, para aumentar o disminuir los rpm, según la dirección y la ubicación del motor en el dron. 2.4.2. Tipos de drones Actualmente existe una gran variedad de drones en el mercado, a continuación, realizaremos una clasificación según sus características: 2.4.2.1. Según su ala • Ala Fija: Estos drones son aquellos que poseen un perfil alar en su estructura. Gracias a esta geometría son capaces de permanecer en el aire durante un mayor tiempo con un Ilustración 14 / Dron ala fija [16] TFG | Jorge De La Cruz León 32 | P á g i n a 2.6. Diseño Generativo El punto innovador de este proyecto se encuentra en el diseño de su frame, el cual se pretende conseguir mediante la técnica del diseño generativo. Para ello vamos a comenzar por hacer una breve reseña de los proyectos más relevantes donde se utiliza esta técnica. En el campo industrial encontramos dos empresas punteras en cuanto al uso del diseño generativo: General Motors y Airbus. En la industria automotriz el número de piezas que se utilizan para fabricar un coche pueden oscilar entre las 70.000 y las 90.000 piezas actualmente, mientras que, en la aereospacial, el número de piezas para fabricar un avión supone pensar en cifras millonarias. La necesidad de abaratar costes de producción, tiempos y, sobre todo, material de cada pieza para reducir los pesos, son muy importantes en estas industrias. Por eso son las que más han invertido para desarrollar y mejorar esta técnica.[21] [22] Algunos ejemplos de piezas diseñadas mediante diseño generativo son las siguientes. − Una de las aplicaciones de esta técnica usada por Airbus es el diseño del compartimento de la cabina, (Ilustración 22) el cual podemos observar cómo se pasa del diseño tradicional a las formas orgánicas tan distintivas del diseño generativo, consiguiendo reducir el peso en un 45% lo que en esta industria significaría una reducción notable del consumo de combustible del avión. − En este siguiente ejemplo (Ilustración 23 ), vemos una aplicación de GM en una pieza del soporte del cinturón de seguridad en la que se ha conseguido disminuir el peso y mejorar la resistencia de la propia pieza, además de que Ilustración 22 / Corpantimento de cabina [23] Ilustración 23 / Soporte cinturon de seguridad [23] TFG | Jorge De La Cruz León 33 | P á g i n a el diseño anterior constaba de 8 piezas que necesitaban ser soldadas entre sí. − Fuera de estas industrias y dentro más del propio diseño industrial, podemos encontrar multitud de ejemplos también donde se aplica esta técnica, sobre todo en productos que están dotados de una cierta estructura como son sillas, mesas y mobiliario en general. (Ilustración 24) 2.6.1. Orígenes No está muy claro, hoy en día, cual es el origen de esta tecnología. Pero lo que sí que sabemos es que su desarrollo tiene mucho que ver con el avance tecnológico de los procesos productivos, debido a las formas orgánicas que se consiguen con esta tecnología. De realizarlas con los métodos tradicionales sería muy costoso de desarrollar. En el pasado la manera de diseñar estaba limitada por los materiales disponibles y los métodos de producción existentes. Los métodos productivos se basaban en el mecanizado de piezas brutas para, finalmente, obtener las geometrías diseñadas. Esto era debido a que los materiales usados en fabricación eran propensos a procesos de mecanizado, como la arcilla, el metal, la madera, las pieles, la piedra, etc. Hoy en día los procesos y sobre todo los materiales han evolucionado, de tal modo, que ahora existen procesos productivos de agregado de material, en vez de los de arranque de material ya existentes. Esto es debido al avance de los materiales actuales que nos permiten crear piezas mediante la adicción de estos mismos en vez de tener que desbastarlos para conseguir la geometría. Los materiales más destacados que se usan en el día a día que Ilustración 24 / Silla Tamu [23] TFG | Jorge De La Cruz León 34 | P á g i n a nos permiten el uso de estas tecnologías serían los polímeros, materiales compuestos, aerogeles, aleaciones, nanomateriales, etc. También tiene una estrecha relación con la evolución de cómo se diseña ahora, ya que para ello se usan los ordenadores que poseen una gran capacidad de cálculo y junto con algoritmos específicos son capaces de generar las geometrías que tenemos al alcance de nuestras manos. 2.6.2. ¿Qué es el diseño generativo? El diseño generativo se puede definir como una inteligencia artificial que, mediante algoritmos, y la definición de unos objetivos, unas restricciones de diseño y unas cargas aplicadas, permite que un software se encargue de generar diferentes soluciones para el problema planteado, dejando a elección del ingeniero la mejor alternativa según el objetivo marcado. [24] Este proceso comienza con el ingeniero creando un diseño básico en el que se encuentran las partes geométricas que desea mantener y muchas otras geometrías que pueden ser editadas sin perder la esencia del diseño que se quiere conseguir. La mayoría de las soluciones que propondrá el software contienen formas orgánicas que imitan el enfoque evolutivo de la naturaleza. Para ello es necesario introducir una serie de parámetros como son, el material con el que se va a fabricar la pieza, el método de fabricación que se va a utilizar, las cargas que va a soportar, las partes que se desea mantener, el número de iteraciones que queremos que ejecute para obtener el resultado final. La mayoría de los diseños que se generan con esta tecnología están pensados para llevarse a cabo mediante la fabricación aditiva, ya que cualquier otro método de producción resultaría engorroso debido a las formas orgánicas. TFG | Jorge De La Cruz León 35 | P á g i n a 2.6.3. ¿Por qué diseño generativo? Esta tecnología presenta una serie de ventajas que la hacen ser un atractivo para cualquier ingeniero de diseño. Para empezar, tiene la capacidad de crear diferentes alternativas para un mismo resultado final, consiguiendo así una mayor personalización de los productos que se amplía debido a los métodos de fabricación que se emplearán, a posteriori. Con este conjunto de técnicas se consigue un mayor aprovechamiento del potencial que tiene un ordenador que ejecutando un diseño más simple, ya que, una vez realizado este, el ordenador, mediante algoritmos físicos y matemáticos, consigue resultados que un humano tardaría mucho en realizar, consiguiendo soluciones iguales o mejores que con un diseño básico. Las soluciones a las que se llega con esta metodología están, generalmente, optimizadas de tal manera que consiguen reducir el material usado para generar una pieza, manteniendo la resistencia mecánica de esta. De este modo estamos ahorrando en material, lo que significa, principalmente, un ahorro de dinero en el coste de la pieza. [25] Debido a las formas que se consiguen y la manera de fabricar estas piezas, existe la posibilidad de crear una única pieza con la geometría adecuada que pueda reemplazar un conjunto de piezas que cumplan las mismas funciones, consiguiendo así reducir los tiempos de ensamblaje y los métodos de unión como pueden ser las soldaduras. Debido a esto, los tiempos de fabricación disminuyen puesto que no es necesario el tiempo de ensamblaje de un conjunto de piezas, que pueden ser sustituidas por una única con diseño generativo. En resumen, podemos decir que los principales beneficios de esta tecnología son que genera diferentes soluciones para un mismo proyecto, reduce el peso de la pieza, mejora la resistencia mecánica, reduce los tiempos de fabricación y crea formas orgánicas. Lo que la mayoría de la gente se pregunta es que, si una inteligencia artificial es capaz de hacer todo esto, ¿llegara el momento en el que se pueda TFG | Jorge De La Cruz León 36 | P á g i n a prescindir de los ingenieros para realizar este trabajo? La respuesta es no. Para poder generar las piezas se necesitan muchos conocimientos que el ordenador no es capaz de realizar por sí solo. Primeramente, para generar la geometría es necesario definir unas dimensiones máximas de la pieza, las cuales no es capaz de adivinar un ordenador, también se requiere realizar un estudio de que material es el más apropiado para el uso final, además de determinar, la magnitud, dirección y localización de las cargas que tiene que soportar el modelo, por no mencionar que las personas nos valemos de las experiencias pasadas como base del conocimiento para no repetir errores, o utilizar resultados aptos para proyectos en el futuro. Hoy en día los ordenadores aún no son capaces de transformar unas notas de un papel en un diseño asombroso, por lo que la tarea de los ingenieros está lejos de ser reemplazada por los ordenadores. Y, aunque el software te ofrezca diferentes opciones en función del material, proceso de fabricación, geometría, volumen, resistencia mecánica, etc.., es el ingeniero el que tiene que decidir qué opción es la mejor para su problema. 2.6.4. Aplicaciones del diseño generativo Pasemos ahora a conocer diferentes aplicaciones de esta técnica en varios sectores, además de los ya mencionados anteriormente. Uno donde cada vez es más notable la presencia de este avance es el de la arquitectura. Este sector es capaz de sacar partido a esta potente herramienta, ya que con ella se pueden generar diferentes propuestas en Ilustración 25 / Metropol Parasol [26] Ilustración 26 /Metropol Parasol [26] TFG | Jorge De La Cruz León 37 | P á g i n a muy poco tiempo. La rapidez con la que se pueden generar diferentes modelos, con tan solo cambiar alguno de los parámetros y tener un resultado totalmente diferente a lo anteriormente planteado, resulta muy útil cuando se ha cometido algún error de cálculo, evitando tener que rediseñar todo el conjunto. Un pequeño cambio en el software te genera una solución nueva para esa modificación. Nos encontramos, por lo tanto, con una gran capacidad de optimización de los resultados, permitiendo reducir mucho los materiales, así como el peso del conjunto total, y la utilización de softwares complementarios que validen el trabajo. Algún ejemplo de diseño generativo aplicado a la arquitectura (Ilustración 25 y Ilustración 26). Otro campo donde se ha ido incluyendo esta técnica es el sector del calzado y el textil, Una de las primeras marcas en lanzarse a usar esta tecnología fue ¨UnderArmour¨ que obtuvo su inspiración de las raíces de los árboles, las que, con muy poco material, si se colocaban de forma adecuada, podían sujetar árboles de gran tamaño y envergadura. Es entonces cuando se empezó a investigar sobre cómo conseguir una plataforma de amortiguación única y personalizada para el calzado. La intención era conseguir una zapatilla que fuese útil en la mayor cantidad de deportes, ya que para algunos se necesita más ligereza que en otros, que requieren mayor robustez. La solución a esto pasaba por el diseño generativo (Ilustración 27). [27] Ilustración 27 Media suela con aplicación de DG [27] TFG | Jorge De La Cruz León 38 | P á g i n a Una de las marcas que ha apostado por esta técnica es Adidas, que es una de las más influyentes en este sector. Adidas ha sido capaz de llevar más allá esta tecnología y fabricar una zapatilla, en este caso una chancla (Ilustración 28), generando todas sus partes con esta metodología, aunque su producción en serie no se ha realizado mediante fabricación aditiva de capas, sino que se ha hecho mediante inyección, ya que la fabricación aditiva no es una tecnología óptima para grandes volúmenes de producción. También podemos ver la aplicación del diseño generativo es el sector sanitario, en el que podemos encontrar numerosos prototipos de férulas utilizando esta tecnología (Ilustración 29). Gracias a ella el paciente puede disfrutar de la misma sujeción con un peso menor, además de que, debido a su geometría, esta deja parte de la piel en contacto con el ambiente, Ilustración 28 / Yeezy con aplicación de DG [28] Ilustración 29 / Ferula con aplicación de DG [29] TFG | Jorge De La Cruz León 39 | P á g i n a evitando así la acumulación de las bacterias en su interior como ocurre, por ejemplo, con las férulas de escayola, también permite al paciente poder quitársela y ponérsela con facilidad, haciendo más sencilla su limpieza y la del paciente. Esta metodología y una buena fabricación aditiva permiten personalizar cada férula a las necesidades físicas y fisiológicas de cada paciente de forma muy rápida y eficaz. TFG | Jorge De La Cruz León 40 | P á g i n a TFG | Jorge De La Cruz León 41 | P á g i n a 3. DESARROLLO Y RESULTADOS Todo proyecto sigue un orden y unas pautas, que, en el plano metodológico, en aras de la realización del proyecto, son las que vamos a describir a continuación. Lo primero que se realizó fue la búsqueda del tema junto con el tutor. El alumno tenía claro los conceptos que quería desarrollar, que eran, básicamente, realizar un objeto real aplicando la impresión 3D y la implementación del diseño generativo. Una vez decidido el tema se pasó a la búsqueda de información sobre cómo llevar a cabo este proyecto. Para comenzar hubo que buscar los componentes que necesitábamos para poder construir el dron que no podíamos diseñar nosotros: la electrónica, los motores y la emisora. Para ello se buscó información sobre qué componentes necesitaba un dron y cuáles eran los adecuados, ya que tenían que ser compatibles entre ellos. Cuando se tuvo hecho el listado de materiales, que habría que adquirir a proveedores externos, se procedió con el pedido con la antelación suficiente como para disponer de estos en un tiempo razonable para poder finalizar el proyecto a tiempo. Pero, a causa de la escasez de componentes en el sector electrónico, debido a la crisis de los semiconductores, muchos de los componentes no iban a poder ser suministrados, y los que sí, llegarían demasiado tarde. Por ello se recurrió a otra opción con la que se ganó tiempo y se disminuyeron los costes, la de comprar un dron ya montado para poder desarmarlo y utilizar las piezas necesarias para el proyecto. Durante el tiempo de envió de los componentes se fue avanzando en la memoria, redactando los diferentes apartados de los que no era necesaria la información sobre las siguientes fases del proyecto. Cuando se dispuso del dron lo primero que se realizó fue proceder a su despiece para obtener los componentes necesarios, como la placa controladora, los variadores de velocidad, los motores, la antena y la emisora. Con todo esto ya a disposición, y pudiendo ver las dimensiones y especificaciones de los componentes, pasamos al diseño del dron. TFG | Jorge De La Cruz León 48 | P á g i n a puliendo en las diferentes versiones. Una propuesta inicial relativamente básica que sirvió para poder hacer pruebas con el diseño generativo, al objeto de afinar más en los siguientes diseños. A partir de este modelo 3D se definieron los parámetros necesarios para realizar el cálculo del diseño generativo. Aplicamos las fuerzas en los puntos críticos, se indicaron las geometrías que se querían conservar para el diseño y los obstáculos que se encontraron en esta como son los agujeros para tornillos, y además se indicaba cual era la geometría con la que se debía comenzar para realizar el diseño generativo. También es necesario indicar que se buscaba la máxima resistencia posible. Por ello únicamente se incluyeron los métodos de fabricación. Aparte de la impresión 3D que es el método de fabricación que se va a utilizar, se incorporó el método de fundición y fresado de 3 ejes para contemplar las diferentes soluciones (Ilustración 41), y, por último, se rellenaron los materiales y sus propiedades. Para conseguir estos resultados el estudio que se ha tenido que generar es el siguiente. Ilustración 41 / Primera aplicación D.G. TFG | Jorge De La Cruz León 49 | P á g i n a Como se puede ver en la imagen (Ilustración 42) las piezas en color verde son las que se quieren que conserven su geometría y que permanezcan con esas dimensiones en todo momento. Lo siguiente que se ha realizado es establecer los apoyos para, posteriormente, poder aplicar las fuerzas. En este caso el apoyo se sitúa en la geometría central ya que la parte que tiene que soportar peso y ser más resistente son los brazos de los motores y por eso los dejamos en voladizo. Por último, se han aplicado fuerzas en diferentes direcciones, aplicando las mismas fuerzas en las cuatro bases de los motores y una fuerza vertical sobre la placa central simulando la electrónica y batería del drone. Las fuerzas axiales que se han colocado en los motores representan la posibilidad de que estos se golpeen contra un obstáculo y que puedan resistirlo. Además, se han colocado, en estos unas fuerzas verticales para simular el peso del propio motor y las hélices. Con estos resultados (Ilustración 41) se puede empezar a tomar decisiones sobre modificaciones que se deben realizar, con el objetivo de obtener mejores resultados en las siguientes versiones. A la vista de las imágenes se aprecia, en uno de los modelos, una cantidad considerable de nervios, pero el espesor de estos es demasiado pequeño para realizarlo mediante impresión 3D y que tenga suficiente resistencia como para aguantar los esfuerzos. En el siguiente modelo los espesores de los nervios son bastante más gruesos por lo que podría ser útil, pero, sin embargo, se podría reducir más la cantidad de material empleado. El último modelo cumple con las características de peso y resistencia, pero no consigue las formas orgánicas que estamos buscando en el diseño final, por lo que se decide seguir realizando más versiones sin descartar hasta el final ningún resultado. Ilustración 42 / Fuerzas aplicadas TFG | Jorge De La Cruz León 50 | P á g i n a 3.2.2. Segunda Versión En esta segunda versión, así como en la primera solo se están contemplando el diseño del frame del drone, y una vez que este esté definido se realizara el diseño de la carcasa que cubre la electrónica. Para esta segunda versión se ha partido del mismo diseño 3D que en la primera ya que los resultados obtenidos eran bastante buenos, pero solo queríamos cambiar los parámetros del diseño generativo. Para generar un diseño diferente, al que se había obtenido con anterioridad, se mantuvieron las condiciones geométricas del diseño anterior, pero se cambiaron los parámetros del diseño generativo de tal manera que se aumentaron las fuerzas horizontales aplicadas a las bases de los motores para conseguir mayor resistencia, ya que, en la primera versión, el modelo más orgánico había generado unos nervios con poco espesor, por lo que aumentando las fuerzas conseguiríamos mejorar en parte este aspecto. Además, se incrementaron los espesores generales que queríamos que generase el diseño generativo para asegurarnos que iba a cumplir con nuestros objetivos. Los resultados conseguidos en esta segunda versión (Ilustración 43) se parecen más a los resultados que se esperaban obtener cuando se comenzó el proyecto. Se puede observar que los brazos que unen la placa central con Ilustración 43 / Segunda aplicación de D.G. TFG | Jorge De La Cruz León 51 | P á g i n a las bases de los motores tienen una geometría con formas orgánicas más similares a los objetos de la naturaleza, y con unos espesores mayores que los de la primera versión. Aunque estos resultados cumplen con todos los requisitos que se buscaban en el diseño final, se observaron diferentes aspectos que se podrían mejorar en versiones futuras. Estos aspectos son los agujeros para los tornillos, que quedan parcialmente obstruidos en estos diseños, y el aspecto visual ya que las 4 bases de los motores y la base para la electrónica son muy toscas con respecto a la geometría de los brazos del dron, por lo que se buscará la forma de aplicar el diseño generativo también a estas piezas y así conseguir una estructura más homogénea. Tras estos resultados tan positivos en la siguiente versión se busca añadir el resto de los anclajes para los componentes que no se habían contemplado en este diseño. 3.2.3. Tercera Versión Para la tercera versión se realizaron diferentes modificaciones en el diseño base (Ilustración 45) a partir del cual se genera el diseño final con la aplicación de diseño generativo. Una de las variaciones que se incluyó en esta versión, como se comentó anteriormente, es la de añadir el resto de los anclajes que se necesitaban, como las ranuras para poder alojar la placa electrónica que contiene el buzzer y los leds, además de unas ranuras para poder fijar la placa que contiene la antena del dron. Otra modificación, que se puede observar, hace referencia a la obstrucción parcial de los taladros de los tornillos. Para solucionarlo se ha incluido en el diseño una geometría de las mismas dimensiones que los taladros, que hará Ilustración 44 / Tercer Diseño TFG | Jorge De La Cruz León 52 | P á g i n a la función de crear un obstáculo a la hora de generar el diseño generativo para que no pueda generar una geometría sobre la ya incluida. Por último, otro aspecto que se quería mejorar era la geometría de las bases de los motores y la del espacio donde se asienta toda la electrónica. Para que se pudiese generar un diseño generativo en estas zonas lo que se decidió hacer fue generar la geometría inicial lo más reducida posible de tal manera que el resto lo generase el programa. Para generar esta versión se usó lo siguiente: (Ilustración 44), como se puede observar, la geometría de la base de los motores se redujo al mínimo posible para reducir aún más el material, y la zona de la electrónica se limitó a crear los agujeros con el mínimo espesor y sin geometría a sus alrededores para que el propio programa cree las uniones que considere mejor entre las diferentes piezas. Con todas estas modificaciones los resultados obtenidos fueron muy diferentes a lo conseguido anteriormente, debido a la gran reducción de geometría base para generar el diseño. Estos resultados (Ilustración 46) a pesar de cumplir con todas las especificaciones impuestas para generar el producto final no terminaban de ser convincentes ya que el diseño que se había generado dejaba pocas zonas abiertas, une la mayoría de los componentes con grandes superficies y, aunque realmente no tienen un espesor excesivo, el peso final del modelo era más de lo que se esperaba, además de que a la hora de fabricarlo por impresión 3D y ser adicción de capas con espesores muy reducidos se pone en duda de su capacidad para resistir las fuerzas a las que puede ser sometido. Por ello se decide crear una cuarta versión en la que mejorar estos aspectos. Ilustración 45 / Parámetros para el D.G. TFG | Jorge De La Cruz León 53 | P á g i n a 3.2.4. Cuarta versión En esta cuarta versión que se crea, lo que se pretende lograr es volver a recuperar las formas orgánicas y simplificadas de la segunda versión, para ello era necesario cambiar los objetivos que se habían definido para generar la tercera versión. En esa versión se buscaba conseguir la máxima resistencia posible sin tener en cuenta el peso de la pieza, generando diseños de 0,25kg de peso, lo que para los objetivos del proyecto era excesivo. Es por esto que se decide cambiar el objetivo a definir para generar el diseño y se marca como nuevo objetivo reducir el material al máximo posible. Además del cambio de objetivo principal de diseño se han realizado modificaciones en la geometría 3D (Ilustración 47) que se usa como base para generar el diseño generativo, corrigiendo pequeños fallos que había en la última versión, añadiendo geometrías que servirán como obstáculos a la hora de generar el diseño generativo y que no obstruya el paso para algunos de los componentes que se tienen que incluir en el montaje. También se parte de una geometría inicial más reducida para que sea mucho más sencillo y breve el proceso de generar la solución generativa Ilustración 46 / Tercera aplicación D.G. Ilustración 47 / Cuarto Diseño TFG | Jorge De La Cruz León 54 | P á g i n a Con todas estas modificaciones se consiguen unos resultados finales bastante buenos en cuanto a los hitos que se querían conseguir. Los materiales que se aplican para generar este diseño son dos, PETG y aluminio, aunque este segundo material no es realmente una opción para este proyecto por la imposibilidad de los medios para fabricarlo, lo que se busca es demostrar las diferentes variantes que se pueden generar para un mismo proyecto. En la primera imagen (Ilustración 48) se puede observar uno de los modelos creados para esta versión. Este se corresponde con el modelo de material de aluminio, como se puede observar la cantidad de material para realizar este modelo es muy limitada, pero mantiene las condiciones de resistencia mecánica que se exigen a la pieza para este material. Esta opción sería muy interesante de llevar a cabo debido a su durabilidad y su ligereza. En esta segunda imagen (Ilustración 49) se observa la versión generada para el material plástico PETG. Este modelo conlleva el uso de una mayor cantidad de material debido a una menor resistencia a las cargas Ilustración 48 / Cuarta aplicación D.G. (Aluminio) Ilustración 49 / Cuarta aplicación D.G. (PETG) TFG | Jorge De La Cruz León 55 | P á g i n a del propio material. Aun así, el peso del modelo sigue siendo muy reducido y parecido al del modelo de aluminio, aunque utilice más material debido a las diferencias de densidades de los propios materiales. Con este modelo se ha realizado el primer prototipo en impresión 3D (Ilustración 51) y aunque el modelo no se ha realizado con el material para el cual se ha realizado el estudio, cumple bastante adecuadamente con las exigencias del prototipo. El material con el que se ha realizado es PLA, que tiene unas propiedades mecánicas inferiores al del estudio (PETG). El motivo por el cual se ha realizado en este material es porque es más económico y fácil de imprimir, y como este primer prototipo solo estaba enfocado a comprobar medidas y posibles problemas con la geometría generada, el material cumple holgadamente con estos requerimientos . 3.2.5. Versión final Para esta versión final se han tenido en cuenta diferentes aspectos que no se estaban contemplando en las versiones anteriores. Tras realizar algún prototipo de las versiones anteriores, se descartan las opciones en las que el diseño contenía numerosos nervios, ya que a la hora de imprimirlos estos eran demasiado finos y endebles como para aguantar las cargas a las que este se iba a someter, no obstante, estas versiones sí que Ilustración 51 / Primer prototipo impreso en 3D Ilustración 50 / Primer prototipo impreso en 3D TFG | Jorge De La Cruz León 56 | P á g i n a son aptas para otros procesos de fabricación así como inyección de plástico, o impresión 3D de resina, la continuidad en las fibras del material que componen los nervios, consigue darle mayor rigidez que con un proceso de adicción de material, en este se separaban fácilmente las capas debido a la poca superficie que se genera para adherirse unas con otras. Se busco generar una solución sin tantos nervios y con una geometría más homogénea para evitar estos problemas, y así conseguir que el hilo de material sea lo más continuo posible, y no como en los otros diseños, en los cuales iba depositando cantidades pequeñas de material en los puntos necesarios, de esta forma se consigue una estructura más resistente. Otro elemento que se ha decidido cambiar para mejorar algún aspecto anterior es la posición de los apoyos, estos estaban colocados en la zona donde se atornilla la parte superior, donde se aloja la batería. Se decide cambiarlos a la zona más interna donde se atornillan los componentes electrónicos, al cambiar estos a una posición más interna lo que se genera es una geometría continua desde estos hasta el final de los brazos, donde apoyan los motores, ya que, en el prototipo anterior, la zona más endeble eran los nervios que unían los agujeros de los taladros con los brazos de los motores. Con esta modificación conseguimos aumentar la sección de estas uniones para una mayor rigidez, quedando la zona donde se aloja la electrónica como la más endeble, pero al estar situados los componentes electrónicos en esta zona, estos actúan como refuerzos estructurales, soportando parte de las cargas, lo cual supone unas ventajas y desventajas. Como desventajas se encuentra que cuando la electrónica no está montada, el frame tiene una mayor fragilidad, aunque esto no es realmente un problema, puesto que la electrónica una vez que se monta no se debería volver a desmontar a no ser que se quiera cambiar de un frame a otro. En cuanto a las ventajas se puede decir que se aumenta la resistencia estructural gracias a un componente externo al diseño lo que permite reducir el peso de la pieza, ya que este componente iba a formar parte de TFG | Jorge De La Cruz León 57 | P á g i n a él, el peso se ve reducido debido a una menor cantidad de material por lo que también se está ganando tiempo en el proceso de fabricación y energía disponible para volar el drone. En el estudio que se ha realizado para generar la geometría final, también se han cambiado las fuerzas aplicadas en cada posición, ya que las de los modelos anteriores eran fuerzas muy grandes con las que se buscaba ir localizando los puntos débiles del diseño. En la imagen (Ilustración 52) podemos ver como es el escenario que se ha creado para generar este diseño. Las fuerzas verticales que se han aplicado en las bases de los motores son de 25N, lo que equivale aproximadamente a 2,5kg, teniendo en cuenta que el peso de cada uno de los motores no sobrepasa los 0,1kg, las fuerzas aplicadas para generar el diseño son suficientes para generar una geometría segura. Los apoyos se encuentran situados en los cuatro puntos en los que se atornillara la electrónica por los motivos que se han comentado anteriormente. Las fuerzas horizontales que se aplican en los extremos de los brazos son todas de la misma magnitud, 25N, estas fuerzas representan los posibles Ilustración 52 / Escenario fuerzas diseño final TFG | Jorge De La Cruz León 64 | P á g i n a conocido como ácido poliáctico, que es biodegradable en condiciones del orden de los 60 °C. Está elaborado con materiales renovables que se obtienen a partir del almidón de maíz o la caña de azúcar, y productos ricos en almidón. Este material es muy similar al que se utiliza para hacer envases (PET), posee unas cualidades muy buenas para ser uno de los más utilizados en la impresión 3D ya que presenta una temperatura de transición vítrea entre los 60-65ºC, con una temperatura de fusión cercana a los 180 ºC, un módulo de Young de 3,5 GPa y un límite elástico de 55-72 Mpa. Todo esto hace que sea uno de los más usados, siendo un material muy fácil de utilizar debido a sus temperaturas de fusión, su facilidad para adherirse unas capas con otras y las propiedades mecánicas que tiene, lo que hacen de él un material apto para muchas aplicaciones. [30] Este polímero tiene numerosas aplicaciones en diferentes sectores como la industria textil, la industria médica, y mayoritariamente la industria de envases, fabricando bandejas, bolsas flexibles o botellas. En la industria textil también es usado para confeccionar telas para tapicería, toldos, cubiertas resistentes a la luz U.V. En la industria médica también es muy utilizado en implantes en los huesos o en los tejidos. En cuanto a sus propiedades químicas sí que encontramos diferencias con el PET, ya que el PLA, debido a su baja temperatura de reblandecimiento, no Ilustración 59 / Pellets PLA [30] TFG | Jorge De La Cruz León 65 | P á g i n a es buen candidato para contener líquidos, almacenar productos, o aplicaciones en las que la temperatura sea superior a la de transición vítrea. Este material será el que se use para fabricar la versión final, los motivos por los cuales se ha elegido este polímero como material para el dron son, su facilidad de impresión como una de las ventajas principales, este material es muy sencillo de imprimir debido a sus características de temperatura de fusión y transición vítrea, además de su fácil adhesión. En cuanto a las propiedades mecánicas del material, se consideran suficientemente apropiadas para los esfuerzos que tienen que soportar el modelo, además de la posibilidad de jugar con los diferentes parámetros a la hora de la impresión, para conseguir unos resultados mayores en cuanto a resistencia en función de estos. Otro de los motivos por los que se ha decidido utilizarlo para la versión final es su coste, al no tener una diferencia tan grande en cuento a las propiedades físicas con respecto a las otras opciones, y tener un coste bastante inferior que el resto y una mayor facilidad de impresión, se terminó decantando por esta opción. En la siguiente imagen (Ilustración 60) podemos ver la ficha técnica facilitada por el fabricante Ilustración 60 / Ficha Técnica PLA BQ TFG | Jorge De La Cruz León 66 | P á g i n a 3.3.2. ABS El acrilonitrilo butadieno estireno, o también conocido como ABS (Ilustración 61) es considerado como un termoplástico amorfo, lo que significa que a temperaturas altas es deformable y cuando se enfría se vuelve resistente. Las aplicaciones de este plástico son bastante comunes en los objetos que nos rodean diariamente, siendo muy utilizado en el sector de la automoción y también en el sector doméstico. Este termoplástico es una combinación de acrilonitrilo, butadieno y estireno, que se juntan para conseguir un material que mejora las propiedades que tienen cada uno de ellos individualmente. El bloque de estireno aporta la rigidez y la resistencia mecánica, mientras que el bloque de butadieno aporta tenacidad a cualquier temperatura, siendo interesante para ambientes fríos donde otros plásticos son quebradizos. El acrilonitrilo aporta rigidez, resistencia a ataques químicos y estabilidad a alta temperatura. [31] En cuanto a sus propiedades mecánicas, se observa que tiene un módulo de Young entre 2,3 GPa que es muy parecido, aunque inferior al del PLA comentado anteriormente. El límite elástico se encuentra en torno a 32 Ilustración 61 / Piezas de LEGO en ABS [31] TFG | Jorge De La Cruz León 67 | P á g i n a MPa, una densidad de 1,05 g/cm3, inferior a la del PLA 1,24 g/cm3 por lo que para una misma resistencia mecánica se necesitaría mayor material que con el PLA porque su límite elástico es inferior. Este material, sin embargo, tienes unas propiedades de temperatura superiores, ya que su temperatura de transición vítrea se encuentra alrededor de los 110 ºC, mientras que su temperatura de fusión se encuentra en el orden de los 200 ºC. Es por eso que este material es más usado para aplicaciones en las que las temperaturas a las que va a ser expuesto son mayores. [31] Este material no va a ser usado en este proyecto ya que, aunque en comparación con el PLA se encuentra por encima en cuanto a las temperaturas que puede soportar, y también tiene algo menos de peso para un mismo volumen debido a su densidad, sin embargo, su coste es superior, ya que este material es más complejo de realizar debido a que es una combinación de bloques. Puesto que el aspecto de la temperatura en este proyecto no es algo crítico, no se considera un material óptimo para el dron. 3.3.3. PETG Ilustración 62 / Pellets PETG [32] TFG | Jorge De La Cruz León 68 | P á g i n a El PETG es una combinación del PET (PolyEthylen Terephthalato) con glicol. Esta mezcla consigue mejorar las propiedades del PET mediante un proceso de glicolizado. El PET es conocido mundialmente por su utilización en la fabricación de envases como botellas rígidas, siendo uno de los plásticos más utilizados del mundo. El PETG se obtiene del proceso de copolimerización del PET. Con este proceso se consiguen unas propiedades mejoradas que las del PET por sí solo, consiguiendo que cuando se aplican esfuerzos sobre este material se frene la cristalización. También se consiguen objetos más translucidos, y reducir su punto de fusión, obteniendo piezas resistentes y fáciles de extruir. Cabe también destacar la estabilidad térmica que se consigue con este proceso. Este material, en cuanto a propiedades mecánicas, nos ofrece unas grandes cualidades de resistencia química, mayor fuerza, resistencia a los impactos, mayor estabilidad térmica, durabilidad y deformación, todo ello debido al proceso de copolimerización del PET. Este material tiene una temperatura de fusión en torno a los 230 y 250 ºC y una temperatura de transición vítrea de unos 85 ºC, encontrándose esta entre la del PLA y el ABS vistos anteriormente. El módulo de elasticidad tiene un valor de unos 2,1 GPa, mientras que su límite elástico se encuentra alrededor de los 70 MPa, con un alargamiento de rotura del 350%. [32] Es por estas propiedades que es un buen candidato para ser usado en el prototipo final ya que presenta un límite elástico bastante adecuado y junto con su alargamiento de rotura hacen de él un material plástico muy resistente, a lo que se le suma su temperatura de transición vítrea que, aunque no sea del orden de la del ABS, es suficiente para las temperaturas que puede alcanzar nuestro dron, además de la facilidad de adhesión entre capas debido a su alta temperatura de fusión. Aunque finalmente no es el material que se usa para el prototipo final, no se descarta como material recomendado y apto para esta aplicación, con este TFG | Jorge De La Cruz León 69 | P á g i n a material se podría fabricar este modelo y conseguir unos resultados interesantes. 3.4. Proceso de fabricación Tal y como se ha venido comentando en los apartados anteriores, el proceso de fabricación que se emplea para producir el dron es mediante impresión 3D. La máquina que se va a utilizar para este proyecto es una máquina de tipo FDM, en este caso se trata de una Anet ET4. Se ha elegido esta máquina porque es de la que dispone el autor de este proyecto para uso propio, y de la cual conoce sus ventajas e inconvenientes, así como sus parámetros óptimos para la impresión. En cuanto a las características de la máquina, esta monta un extrusor de tipo bowden, lo que quiere decir que el motor que empuja el filamento se encuentra alejado de la zona donde el propio filamento se empieza a fundir. Dispone de cama calefactable, esto se usará para mejorar la adherencia de la primera capa a la cama y que no se despegue la impresión. En cuanto a las dimensiones de impresión dispone de una cama de 220 x 220 mm, estas dimensiones son suficiente para imprimir el dron, su dimensión más larga son 210mm, y en cuanto a la altura máxima de puede alcanzar son 250mm, esta longitud es más que apta para nuestro dron el cual no sobrepasa los 100mm de altura en ninguna de las piezas. Se usa un nozzle de diámetro 0,4mm, pudiendo imprimir líneas con un espesor máximo de 0,4mm, aunque lo recomendable es usar un espesor de línea de 0,3mm. Ahora vamos a profundizar un poco en los parámetros de impresión que se han utilizado para fabricar el dron. En primer lugar, se ha utilizado el software Simplify 3D para generar el Gcode que posteriormente se introduce en la impresora. La elección de este programa es debido a que es un software con el que se está más familiarizado, y con el que trabajamos habitualmente, además de por su facilidad de uso. En este software es muy sencillo cambiar parámetros puesto que todos están relacionados y se introducen en forma de porcentajes, esto es muy cómodo, porque definiendo unos parámetros iniciales, todas las modificaciones que se hagan del resto de parámetros TFG | Jorge De La Cruz León 70 | P á g i n a van en relación con estos y no tienes que calcular cuánto tienes que cambiar de uno para que sea compatible con el principal. Para comenzar lo primero que se debe definir es la altura de capa que se quiere utilizar, para este proyecto se ha utilizado una altura de capa de 0,12 mm, los motores que monta esta impresora son motores de paso a paso, con un paso de 1,8º, y que junto con el paso del usillo que realiza el movimiento en Z de la impresora, los desplazamientos que realiza son de 0,04mm, por lo que las alturas de capa que debemos elegir tienen que ser múltiplo de este (0,004 x 3 = 0,12). Además, debe tenerse en cuenta el diámetro del nozzle, al ser un diámetro de 0,4mm utilizar alturas de capa inferiores a 0,1 no daría un buen resultado. Se ha elegido esta altura porque a menos altura de capa más calidad tienen la pieza, también al tener menos altura las capas se adhieren mejor, y como tiene que realizar más capas, más pasadas, conseguimos mayor resistencia mecánica en la pieza. Otro parámetro que se debe introducir para generar el programa es el número de capas solidad en la base y en la parte superior. Se han utilizado 8 capas solidad en la base y en la parte superior, dependiendo de la finalidad de la pieza se suele utilizar un numero u otro, como lo que se busca en esta pieza es una gran resistencia se ha utilizado un numero alto de capas solidad generando así mayor resistencia. Un parámetro parecido al anterior es el número de paredes que se quiere utilizar en el perímetro, y al igual que antes, cuanto mayor número de paredes en el perímetro mayor resistencia a esfuerzos tendrá la pieza. El número de paredes de perímetro utilizado ha sido 5, generalmente para piezas que no necesitan mucha resistencia se suelen utilizar 3. En cuanto a la densidad de relleno que se ha utilizado se estableció un relleno del 90% consiguiendo tener un interior de la pieza casi solido puesto que se busca conseguir mucha resistencia. Además, se utilizó un relleno de tipo triangular, el cual genera buena resistencia en las principales direcciones. TFG | Jorge De La Cruz León 71 | P á g i n a Uno de los puntos que se busca mejorar en futuras versiones de este modelo es la utilización de soportes. En la impresión 3D siempre se busca evitar la utilización de esta herramienta ya que son costosos de imprimir, generar un mal acabado de la pieza, y son un desperdicio de material. En esta pieza se tuvo que utilizar soportes para las bases de los motores que quedaban suspendidas en el aire, y necesitan de una base en la que apoyar la primera capa. Para conseguir una buena adherencia de estos en la base de la impresora y que no se despegasen en mitad de la impresión se utilizó hasta 4 capas de base en los soportes, asegurándonos así que no se iban a despegar en mitad del proceso. Ilustración 63 / Detalle del programa generado Ilustración 64 / Proceso de impresión TFG | Jorge De La Cruz León 72 | P á g i n a Las velocidades de impresión también es un parámetro que influye mucho en el resultado final de la pieza. Para esta pieza puesto que no tiene unos detalles muy marcados se utilizó una velocidad de impresión de 70 mm/s, siendo esta una velocidad estándar en la mayoría de las impresiones. El proceso de impresión de la pieza del frame se llevó a cabo con una duración de 12 horas, mientras que el de la jaula para la electrónica consumió 4 horas. Las temperaturas que se utilizaron durante el proceso inicialmente eran de 195 ºC para el hot-end y de 60ºC para la base, aunque se tuvo que corregir en medio de la impresión la temperatura del hot-end a 200 ºC, debido a que con las retracciones que generaba la pieza de la jaula, no daba tiempo a fundirse el plástico lo suficiente entre un movimiento y otro, y el motor no conseguía empujar el plástico porque no estaba fundido, por lo que se decidió aumentar la temperatura en 5ºC para ayudar al plástico a fundirse más deprisa. 3.5. Configuración de vuelo Una vez montado el dron y conectada toda la electrónica, es necesario configurar este para que vuele adecuadamente. Para ello se utiliza el software de código libre ¨Betaflight configurator¨, que se puede obtener desde la plataforma ¨Github¨ o en el enlace. https://github.com/betaflight/betaflight-configurator/releases El motivo por el que se decide usar este software es que, al ser libre, no requiere del pago de una licencia, además de que se pueden encontrar muchas guías de ayuda en la red para poder usarlo de forma autodidacta. Una vez instalado el programa en el ordenador es necesario seguir unos pasos para configurar el drone. Como no es el tema de estudio, sólo e van a exponer los pasos básicos que hay que realizar para poder poner en funcionamiento el dron y volarlo sin entrar en detalles de configuraciones profesionales que, si bien se pueden establecer con este programa, no son, por el momento, de nuestro interés. TFG | Jorge De La Cruz León 73 | P á g i n a Lo primero que habría que hacer una vez se tiene el programa instalado seria descargarse a mayores unos drivers necesarios para poder establecer la comunicación de la electrónica del dron con el sistema operativo del PC. Estos drivers los encontramos en la página principal del programa descargado anteriormente Betaflight que tienen por nombre ¨Zadig¨, ¨CP210xVCP¨y ¨VCP_V1.5.0¨. Realizado lo anterior se conecta el drone al PC, para lo que se utiliza un cable micro USB ya que es el conector que trae montado la placa controladora. Hay que asegurarse que este cable es apropiado para la transferencia de archivos y no que no sea solo de carga. Si todo se ha realizado correctamente debería detectar el puerto (COM3) como puede verse en la imagen (Ilustración 65) A continuación, se pulsa el botón de conectar para conectar el dron y comenzar con la configuración. A la izquierda se encuentra un menú (Ilustración 66). En la opción de ajuste hay que calibrar el acelerómetro del dron, apoyando este sobre una superficie plana, e iniciando la calibración del acelerómetro, pudiendo ver que aparece en pantalla el dron. Si este se coge con la mano y se balancea se mueve a tiempo real en la pantalla. Es importante comprobar si la orientación real del dron se corresponde con la que aparece en pantalla. La siguiente pantalla (Ilustración 67) que se va a configurar es la de puertos. En ella hay que activar el puerto en el que se ha conectado la antena, en este Ilustración 65 / primera conexión del Dron al PC Ilustración 66 / Menu de Betaflight TFG | Jorge De La Cruz León 80 | P á g i n a de realizar el diseño. No obstante, esta técnica es aún bastante novedosa y no es conocida por todo el mundo, y como la mayoría de las cosas que están en proceso de crecimiento, tiene un amplio margen de mejora en algunos aspectos, pero también es una herramienta útil y practica hoy en día. Gracias a esta técnica se ha conseguido modelar varias piezas con una resistencia estructural adecuada para sus funciones y con el mínimo material necesario, alcanzando un diseño ligero y más barato de producir que con las metodologías habituales. El frame de un dron de estas dimensiones suele estar sobre los 0,2Kg, y el que se ha conseguido diseñar tiene un peso de 0,1 Kg, se ha conseguido reducir el peso en un 50% aproximadamente. En cuanto a los tiempos de fabricación, el cumplimiento de este objetivo es relativo, ya que la producción en serie de casi cualquier objeto es más rápida que la artesanal o individual. Producir 100 de estos drones de forma individual no es más rápido, pero la idea del proyecto es producirse cada uno el suyo cuando lo necesite, por lo que para producirlos individualmente si que se gana tiempo con este método de fabricación, y es menos costoso que tener una línea de producción de drones para fabricar solo uno. La parte de la impresión 3D es una técnica que, a diferencia de la anterior, ya tiene unos cuantos años de recorrido y está más depurada. Es una gran herramienta como método de prototipado en el sector de la ingeniería, ya que permite con un coste muy reducido y en un par de horas tener de forma física los modelos realizados en el ordenador, sirviendo estos para comprobar su funcionalidad, dimensiones, verificar que cumple los objetivos, etc. Sin duda, es una herramienta más que aceptada dentro de la ingeniería y que se está empezando a usar en la mayoría de los sectores como herramienta de prototipado e incluso como producto final. Respecto al uso de esta técnica en este proyecto, ha cumplido con creces sus funciones, que eran la de conseguir realizar un producto funcional con las herramientas a nuestro alcance y sin un coste muy elevado. TFG | Jorge De La Cruz León 81 | P á g i n a 5. REFERENCIAS [1] Cults ・ Descarga modelos 3D gratis para impresoras 3D. (s. f.). Cults. 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Denominación Nº de piezas Marca Nº de plano DRON Trabajo Fin de Grado JUNIO 2021 CONVOCATORIA ORDINARIA GRADO EN INGENIERIA EN DISEÑO INDUSTRIAL Y DESARROLLO DE PRODUCTO JORGE DE LA CRUZ CONJUNTO DRON 01 1:2 1 1 4 1 3 2 Plano 05 Plano 06 Plano 07 Frame Jaula Almohadillas antivibración 3 2 1 UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES DRON TITULO PROYECTO: PLANO: Alzado Trabajo Fin de Grado FECHA: JUNIO 2021 Nº PLANO: ESCALA: PROMOTOR: ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Jorge De La Cruz Convocatoria: Junio 2021 Grado en Ingeniería de Diseño Industrial y Desarrollo de Producto 1:1 02 FIRMA: MATERIAL: PLA UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES DRON TITULO PROYECTO: PLANO: Trabajo Fin de Grado FECHA: JUNIO 2021 Nº PLANO: ESCALA: PROMOTOR: ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Jorge De La Cruz Convocatoria: Junio 2021 Grado en Ingeniería de Diseño Industrial y Desarrollo de Producto FIRMA: MATERIAL: PLA Vista Lateral 03 2:1 UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES DRON TITULO PROYECTO: PLANO: Trabajo Fin de Grado FECHA: JUNIO 2021 Nº PLANO: ESCALA: PROMOTOR: ESCUELA DE INGENIERÍAS INDUSTRIALES Jorge De La Cruz Convocatoria: Junio 2021 Grado en Ingeniería de Diseño Industrial y Desarrollo de Producto FIRMA: MATERIAL: PLA Planta 04 1:1 TFG | Jorge De La Cruz León 96 | P á g i n a una geometría muy compleja y con unas superficies muy complicadas de mallar es posible que al pasar de un programa a otro nos aparezcan diferentes errores. En la imagen (Ilustración 78) tenemos los resultados obtenidos del análisis de tensiones ofrecido por Fusion360 del frame de nuestro dron. Ilustración 78 / Calculo de tensiones Frame En esta imagen sí que se puede apreciar las diferentes tonalidades de la pieza según el estrés al que está sometida. Aunque en este programa no nos indique cual es el punto con la máxima tensión, viendo los colores de la imagen y el diseño de la pieza, lo más seguro es que se encuentre en la zona de unión de la base de los motores con los propios brazos del dron, debido a que es la zona que tiene una sección más pequeña, más alejada de los apoyos y donde se aplican las fuerzas, por lo que los esfuerzos máximos estarán ahí concentrados. En los resultados de la parte de la derecha de la imagen podemos ver que la tensión máxima de Von Mises que soporta la pieza son 23,4 MPa, viendo las comparaciones anteriores con los resultados de inventor y Fusion360, es posible que estos 23,4 MPa sea un dato un poco inferior y el valor real sea un poco más elevado, del orden de los 24-25 MPa. Siendo el límite elástico del PLA de unos 50- 60 MPa, podemos decir que la pieza cumple con los requisitos impuestos en el diseño generativo y sería capaz de resistir las diferentes fuerzas a las que puede estar sometido el dron. TFG | Jorge De La Cruz León 97 | P á g i n a No obstante, en futuros diseños sería recomendable buscar la forma de ampliar la sección de esa zona, ya que el resto del diseño parece soportar mejor las cargas, y modificando esa zona se conseguirá una mayor resistencia de la pieza. TFG | Jorge De La Cruz León 98 | P á g i n a Imágenes A continuación, se muestran imágenes de todo el proceso del proyecto y los resultados finales. Ilustración 79 / Impresión en TPU de las almohadillas Ilustración 80 / Impresión del frame en PLA TFG | Jorge De La Cruz León 99 | P á g i n a Ilustración 82 / Proceso de impresión del frame Ilustración 81 / Jaula impresa en 3D TFG | Jorge De La Cruz León 100 | P á g i n a Ilustración 83 / Imagen del dron montado Ilustración 84 / Vista desde otro ángulo TFG | Jorge De La Cruz León 101 | P á g i n a Ilustración 86 / Vista trasera Ilustración 85 / Vista lateral TFG | Jorge De La Cruz León 102 | P á g i n a Ilustración 88 / Vista de planta Ilustración 87 / Vista de planta inferior TFG | Jorge De La Cruz León 103 | P á g i n a Ilustración 90 / Dron en funcionamiento Ilustración 89 / Dron en funcionamiento TFG | Jorge De La Cruz León 104 | P á g i n a Ilustración 91 / Dron en funcionamiento TFG | Jorge De La Cruz León 105 | P á g i n a PRESUPUESTO Uno de los últimos pasos que hay que realizar cuando se realiza un proyecto, es realizar un cálculo del coste que tiene dicho proyecto, para poder comprobar su viabilidad económica. El presupuesto de este proyecto se puede afrontar de varias maneras, tanto como si es un proyecto de realización individual, o como si es un proyecto que recibimos por encargo. Si se toma como un proyecto individual que se va a realizar para uso propio, no se va a tener en cuenta, a la hora de hacer los cálculos, el coste de la mano de obra, ya que este nos generaría un coste que acabaría retribuyéndose a nosotros mismos. En cambio, si el proyecto se afronta como un encargo, habría que tener en cuenta la mano de obra directa, mano de obra indirecta, gastos generales, cargas sociales y beneficio industrial. Proyecto individual Material Proveedor Coste unitario (€/Kg) Cantidad (Kg) Coste Total PLA BQ 20,00 € 0,1 2,00 € PLA Tough Ultimaker 40,00 € 0,1 4,00 € PETG SUNLU 25,00 € 0,1 2,50 € TPU Filaflex 55,90 € 0,05 2,80 € 4,80 € Coste Materia Prima Ilustración 92 / Coste materia prima Lo primero que se calcula son los costes de materia prima, en la anterior tabla (Ilustración 92) se encuentran los diferentes materiales usados para este proyecto, la suma total asciende a 4,80€. Esta cifra es la suma de uno de los dos tipos de PLA, PLA o PLA Tough, o el PETG, sumado al coste del TPU. Se han incluido tres tipos de materiales en la tabla más el TPU ya que el proyecto se podría hacer con cualquiera de los tres.