Estudio, modelado y recreación virtual con el software Catia V.5 y su fabricación aditiva en FDM del catamarán F50 SailGP

. Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Estudio, modelado y recreación virtual con el software Catia V.5 y su fabricación aditiva en FDM del catamarán F50 SailGP Autor: José Serrano Gómez Tutor: Manuel Morato Moreno Dpto. de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2024 III Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Estudio, modelado y recreación virtual con el software Catia V.5 y su fabricación aditiva en FDM del catamarán F50 SailGP Autor: José Serrano Gómez Tutor: Manuel Morato Moreno Profesor titular Dpto. de Ingeniería Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2024 V Trabajo Fin de Grado: Estudio, modelado y recreación virtual con el software Catia V.5 y su fabricación aditiva en FDM del catamarán F50 SailGP El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2024 El Secretario del Tribunal Autor: José Serrano Gómez Tutor: Manuel Morato Moreno VII A mi familia y amigos. IX Agradecimientos Quiero expresar mi más sincero agradecimiento a mi familia por su apoyo incondicional a lo largo de este proyecto. A mi hermana, cuya presencia siempre me ha brindado fuerza y alegría, y a mis padres, así como a sus parejas, que han estado a mi lado en cada paso de este proceso. Su confianza en mí y su disposición a ofrecerme todos los recursos necesarios han sido fundamentales para el desarrollo de este trabajo. Gracias por creer en mis capacidades y por estar siempre dispuestos a ayudarme, no solo en lo académico, sino también en momentos de duda y desafío. Un agradecimiento especial a Mónica, quien ha sido mi apoyo psicológico y emocional, brindándome ánimo diario y motivándome en todo momento. Su paciencia y comprensión han sido fundamentales para superar los momentos difíciles que he enfrentado durante este proyecto. También deseo agradecer a mis amigos. Aprecio profundamente su disposición para ofrecerme ideas y resolver cualquier duda que surgiera durante el desarrollo de mi trabajo, así como su forma de respetar el espacio que necesitaba en los momentos más intensos de este proceso. A todos ustedes, gracias por ser parte de este proyecto. José Serrano Gómez Grado en Ingeniería Aeroespacial Sevilla, 2024 Índice Agradecimientos IX Resumen XI Abstract XIII Índice XVI 1 Introducción 19 1.1 Objetivos 19 1.2 Problemática encontrada 20 1.3 Metodología 20 1.3.1 Recopilación de información 20 1.3.2 Extracción de medidas 20 1.3.3 Modelado y recreación virtual 21 1.3.4 Fabricación del modelado mediante fabricación aditiva 21 1.4 Software/Hardware utilizados 23 1.4.1 Obtención de medidas: ImageJ 23 1.4.2 Modelado y recreación virtual: CATIA V5 R19 24 1.4.3 Excel 26 1.4.4 Fabricación aditiva: Creality Print 5.1 / Creality Ender-3 V3 SE 27 2 Conceptos previos 31 2.1 Competición SailGP 31 2.2 Sobre el F50 SailGP 35 2.2.1 Evolución histórica 36 2.2.2 Componentes y sus características 37 2.2.3 Configuraciones posibles 53 2.2.4 Principios físicos y aerodinámicos 55 2.2.5 Información adicional de interés 57 2.3 Tendencias futuras 59 3 Modelado de los componentes y su recreación virtual 61 3.1 Configuración elegida 61 3.2 Vela mayor 62 3.2.1 Revestimiento 63 3.2.2 Estructura interna 66 3.2.3 Elementos adicionales 70 3.3 Foil 73 3.4 Timón 77 3.5 Casco 81 3.5.1 Zona central 82 3.5.2 Unión proa 86 3.5.3 Unión popa 88 3.5.4 Casco 89 3.5.5 Unión casco-proa 93 XVII 3.5.6 Unión casco-popa 94 3.5.7 Bauprés 96 3.5.8 Manivelas 97 3.5.9 Winch 99 3.5.10 Rueda 101 3.5.11 Alargamiento proa 104 3.5.12 Alargamiento popa 106 3.5.13 Trampolín 108 3.5.14 Cables 109 3.6 Foque 112 4 Ensamblaje y recreación virtual final 115 4.1 Ensamblaje de la vela mayor 116 4.2 Ensamblaje del casco completo 117 4.3 Ensamblaje de todo el conjunto 121 4.4 Creación de la tripulación 123 4.5 Resultado final y su recreación virtual 124 5 Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 127 5.1 Introducción a la fabricación aditiva 127 5.1.1 Concepto básico de la fabricación aditiva 127 5.1.2 Tipos según el material aportado 127 5.1.3 Aplicaciones generales 131 5.1.4 Ventajas, desventajas y comparación con otros métodos de prototipado 132 5.2 Tipo de fabricación aditiva utilizado: FDM 132 5.2.1 Motivo de elección 132 5.2.2 Descripción más detallada 132 5.2.3 Tipos de materiales 133 5.2.4 Ventajas y desventajas 134 5.2.5 Parámetros de impresión 134 5.3 Preparación previa de la impresión del prototipo F50 SailGP 137 5.3.1 División de los componentes 137 5.3.2 Escalado del modelo real al prototipo a fabricar 140 5.3.3 Material y filamentos escogidos 141 5.3.4 Pruebas de calibración 141 5.4 Impresión del prototipo F50 SailGP 145 5.4.1 Configuraciones y condiciones de la impresión 145 5.4.2 Proceso de impresión general 147 5.4.3 Resultados, problemas encontrados y las soluciones aportadas 148 5.4.4 Análisis de la eficiencia y eficacia de la impresión: tiempo de impresión, material gastado y costes de fabricación. 150 5.5 Ensamblaje del conjunto 153 5.5.1 Postprocesado 153 5.5.2 Uniones 155 5.5.3 Resultado final 157 6 Conclusión y Líneas de estudios futuras 159 6.1 Conclusiones 159 6.2 Líneas de estudios futuras 159 Índice de Tablas 161 Índice de Figuras 162 Referencias 171 Anexos 174 Anexo A 174 19 1 INTRODUCCIÓN n el universo de la navegación a vela, la constante evolución en diseño y tecnología ha impulsado la creación de embarcaciones cada vez más veloces y eficientes. En los últimos años, se han realizado avances significativos en el diseño de embarcaciones de vela, centrados en mejorar la velocidad y la eficiencia. Un claro ejemplo de esto son las innovaciones en los monocascos de la Copa América, que se consideran las "Fórmula 1 del mar" debido a sus desarrollos tecnológicos avanzados que permiten alcanzar altas velocidades y maniobras precisas [1]. Además, empresas como Bound4blue han revolucionado el diseño de velas con sistemas como la vela rígida y la vela de succión eSAIL, que generan más sustentación con menor consumo energético. Esto refleja una tendencia hacia embarcaciones más eficientes y sostenibles [2]. Otros avances incluyen mejoras en la propulsión eléctrica y materiales reciclables que reducen las emisiones y el impacto ambiental [3]. Estas innovaciones no solo están impulsadas por la necesidad de velocidad, sino también por la búsqueda de sostenibilidad y eficiencia energética en el sector marítimo. En este contexto, el F50 SailGP ha surgido como un verdadero hito, encarnando la ambición de construir el catamarán de vela más rápido hasta la fecha. Esta embarcación emblemática es el resultado de una colaboración sin precedentes entre expertos en diseño naval, ingeniería aeroespacial y tecnología punta. En este Trabajo Fin de Grado, se enfocará en el diseño, modelado, recreación virtual y prototipado del F50 SailGP para una configuración específica. Desde la obtención de medidas mediante herramientas como ImageJ, hasta la creación del diseño en el sofisticado entorno de CATIA V5 y la fabricación de un prototipo utilizando tecnología de fabricación aditiva 1 . La estructura de este trabajo se organiza de manera lógica y coherente. En primer lugar, se establecerá la finalidad del proyecto, detallando cómo se llevará a cabo, los desafíos que se enfrentará y los recursos tecnológicos que se emplean. Luego, se ofrecerá una visión general del F50 SailGP, explorando sus componentes, conceptos físicos, configuraciones, etc. A continuación, se explicará la configuración específica seleccionada para el diseño del F50 SailGP y el proceso de obtención de las medidas necesarias para el modelado en CATIA V5. Se detallará el diseño de este, destacando los módulos utilizados y las soluciones a los problemas encontrados durante el proceso de diseño, el cual lo conforma tanto su estructura interna, de los elementos principales, tanto como su estructura externa del conjunto entero. Posteriormente se explicará cómo se ha realizado el proceso de impresión 3D del diseño creado y las modificaciones que se han tenido que realizar para que el diseño sea fabricable. Por último, se abarcará posibles líneas de trabajo futuras para el aprovechamiento de dicho diseño y estudios posibles que se pueden realizar para la obtención de resultados de mejoras. En resumen, este Trabajo Fin de Grado ofrece una exploración del diseño del F50 SailGP, desde sus fundamentos teóricos hasta su aplicación práctica, subrayando su importancia en el panorama de la navegación deportiva y su potencial para inspirar futuras innovaciones en el campo del diseño naval e incluso en otros ámbitos como la ingeniería aeronáutica. 1.1 Objetivos El principal propósito de este proyecto es explorar la ingeniería inversa utilizando herramientas accesibles para la mayoría. Específicamente, se busca lograr el diseño del catamarán F50 SailGP, algo que rara vez se ha realizado a nivel de usuario común. Este proyecto no solo permitirá adquirir habilidades y experiencia con estas herramientas, sino que también sentará las bases para su aplicación en entornos profesionales en el futuro. 1 Comúnmente conocido como impresión 3D E Introducción 20 Además, se aspira a presentar una metodología de trabajo detallada que explique el proceso de desarrollo del proyecto. Esta metodología no solo servirá para comprender cómo se ha llevado a cabo este, sino que también será útil para anticipar y gestionar posibles cambios futuros, derivados de investigaciones en otros campos relacionados. Por último, se busca alcanzar un entendimiento más profundo y técnico dicho catamarán, así como materializar este conocimiento a través de un prototipo físico. Este prototipo será la materialización tangible del trabajo, permitiendo visualizar y valorar físicamente lo que se ha logrado en términos de diseño y desarrollo. Gracias al desarrollo de la fabricación de este, también se busca adentrarse en el mundo de la fabricación aditiva, aprendiendo y explorando este último avance tecnológico que tanto está revolucionando la industria de la fabricación. 1.2 Problemática encontrada La principal problemática encontrada se centra en la falta de acceso a información detallada sobre las dimensiones y componentes técnicos del catamarán. Esto se debe a que este tipo de embarcación está vinculada a una regata privada, SailGP, lo que implica que los detalles técnicos están protegidos por derechos de propiedad intelectual y solo se ofrecen las medidas generales. A pesar de ello, se intentó establecer contacto tanto con la organización desarrolladora como a miembros de esta para obtener más información y explorar posibles colaboraciones. Lamentablemente, estos esfuerzos resultaron insatisfactorios debido a que no se han pronunciado al respecto. Por tanto, es importante destacar que este trabajo no pretende desmantelar su tecnología o diseño, sino centrarse en el desarrollo personal y profesional en la ingeniería y los objetivos expuestos. Frente a esta situación, se tomó la iniciativa de encontrar una solución que permitiera obtener las medidas necesarias y así continuar con el desarrollo del proyecto de forma efectiva, lo que subraya la resiliencia con la que se ha gestionado. Los detalles específicos de esta solución se explicarán en el siguiente apartado 1.3 Metodología A lo largo de este TFG, se llevará a cabo una metodología flexible, adaptada a las particularidades de cada componente del catamarán y a la información disponible. En líneas generales, el proyecto se divide en cuatro partes fundamentales: recopilación de información, extracción de medidas, modelado/recreación virtual y fabricación del modelo en fabricación aditiva. 1.3.1 Recopilación de información Se ha realizado una búsqueda exhaustiva de toda la información disponible sobre el F50 SailGP. Principalmente, se ha obtenido información de canales oficiales de la empresa creadora, SailGP, y en sus redes sociales. Además, se ha consultado información sobre el catamarán AC50, en el cual se basa el F50 SailGP, respaldada por documentos de estudios incluidos en las referencias. Esta recopilación incluye información técnica básica y visual, útil para la extracción de medidas y el diseño. 1.3.2 Extracción de medidas Existen tres formas de extraer y aprovechar esta información según sea más conveniente: • Extracción de medidas numéricas: en el caso que sean necesario y posible medidas específicas se utilizará el software ImageJ el cual se elegirá una imagen adecuada y mediante una medida referencia conocida se puede extraer otras medidas seleccionadas gracias al tratado de imagen mediante lectura de pixeles. • Aproximación de un componente basado conocimientos técnicos previos: Dada la relación Introducción 21 del catamarán con la aeronáutica, se pueden aproximar partes utilizando perfiles aerodinámicos estándares, combinados con medidas numéricas obtenidas previamente. • Importación de formas sin saber sus medidas numéricas: hay casos en los que la forma es compleja y la obtención de sus medidas se hace muy complicada. Es por ello por lo que se utilizará el software CATIA V5 y en concreto el módulo Sketch Tracer, en el cual se obtendrá la forma deseada gracias a la importación de una imagen, dimensionándola correctamente (dándole una medida de referencia conocida) y obteniendo la forma con las herramientas idóneas en cada caso. 1.3.3 Modelado y recreación virtual Respecto al modelo se hará totalmente en CATIA V5 tanto la importación de los planos, modelado de componentes, su ensamblaje y recreación virtual. En concreto la metodología a seguir es crear cada componente de la embarcación por separado (Part) en la que cada Part estará compuesto por diferentes Body, normalmente se dividirá en dos: revestimiento (estructura externa) y la estructura interna. En la creación de cada componente se utilizará los módulos de Generative Shape Design y en ocasiones Sketch Tracer. Una vez que se tiene el modelado del componente se irá realizando su recreación virtual otorgándole colores o materiales. Posteriormente se realizará un Product en el módulo de Assembly Design en el cual se impondrán las restricciones necesarias para que el conjunto sea el correcto. Finalmente se realizará una recreación virtual final del mismo realizando imágenes del F50 SailGP renderizas en su entorno. 1.3.4 Fabricación del modelado mediante fabricación aditiva Gracias al modelado realizado previamente, se escalará y se harán sobre él las modificaciones oportunas para su fabricación en aditiva 2 . Dentro de la fabricación aditiva existen muchos tipos de fabricación; en concreto en este proyecto se va la técnica FDM 3 , la cual se desarrollará en el apartado 5.2. En primer lugar, se va a realizar un estudio mental de cómo se van a dividir cada componente en función del color asignado y de cómo se va a fabricar. La filosofía que se ha seguido es realizar las menos divisiones posibles asegurando la calidad de la impresión. Una vez realizado este estudio mental, mediante la herramienta CATIA, se han realizado las divisiones correspondientes, el escalado del prototipo y modificaciones oportunas. Posteriormente se ha exportado al formato stl 4 e importado en el software Creality Print 5.1 - este programa es el encargado de configurar los parámetros de impresión en función de cada pieza -. Realizado este paso, se exportará la configuración y las órdenes de impresión al formato G-code 5 , se importará en la impresora 3D ejecutándolo y obteniendo así la fabricación del componente. Es importante remarcar que antes de imprimir las piezas, se realizará las pruebas oportunas a cada filamento 6 para obtener sus características óptimas de impresión del material y de la impresora. El orden de impresión que se va a seguir es en función del color del filamento elegido. Esto se debe a que el filamento puede perder sus propiedades a lo largo del tiempo por lo que se realiza la prueba de este justo antes de imprimir todas sus piezas asociadas para obtener la máxima calidad posible. Para entender mejor esta parte se puede observar la Figura 1 en la cual está explicado gráficamente. En concreto en este proyecto se imprimirá en tres colores/filamentos: rojo, blanco y negro, ya que son los colores principales de la recreación virtual. 2 Comúnmente conocido como impresión 3D. 3 Fused Deposition Modeling 4 STereoLithography, Standard Triangle Language ó Standard Tessellation Language. Formato que se basa en la triangulación del objeto para su impresión en 3D y su precisión depende del tamaño de la pieza. 5 G-code o también conocido como RS-274 es un lenguaje de programación utilizado para el control numérico. 6 El filamento se trata del material utilizado para la impresión 3D. Introducción 22 Figura 1: Orden de impresión en función del color de la pieza Cuando se obtengan todas las piezas, se realizará el postprocesado e uniones de todas las piezas, explicado en los apartados 5.5.1 y 5.5.2. Finalmente, con el prototipo ya unido en una única pieza, se obtendrá de manera manual el centro de gravedad de este para saber en qué zona hay que hacer más hincapié para la realización del soporte del prototipo. Respecto al soporte se realizará en CATIA y se seguirá los mismo pasos que el modelado. A continuación, en la Figura 2 se puede observar de manera gráfica los pasos a seguir que se han ido explicando. Figura 2: Pasos a seguir para la fabricación del modelado Introducción 23 1.4 Software/Hardware utilizados En el siguiente apartado se explicará una breve introducción sobre el programa utilizado y en concreto se detallará los módulos utilizados en el mismo y la implementación en este trabajo. 1.4.1 Obtención de medidas: ImageJ ImageJ es un programa de procesamiento digital de imagen de dominio público programado en Java desarrollado en la agencia estadounidense Institutos Nacionales de Salud e inspirado en NIH Image para Macintosh. ImageJ fue diseñado con una arquitectura abierta que proporciona extensibilidad vía plugins Java y macros (macroinstrucciones) grabables. Puede mostrar, editar, analizar, procesar, guardar e imprimir imágenes de 8, 16 y 32 bits. Puede leer muchos formatos de imagen, incluidos TIFF, GIF, JPEG, BMP, DICOM, FITS y "raw". Puede calcular el área y las estadísticas de valor de píxel de selecciones definidas por el usuario y la intensidad de objetos umbral (thresholded objects). Puede medir distancias y ángulos. [4] En este trabajo se utilizará dicho software para obtener distancias y ángulos. Para la realización de este, primero se importa la imagen en cuestión, después hay que ofrecerle al programa una medida conocida para que después mediante captación de pixeles obtengas las medidas seleccionadas. A continuación, se explica con más detalles los pasos a seguir: 1. Importación de la imagen: File>Open>”se selecciona la imagen”>Abrir 2. Configuración de la medida referencia: Straight Line>” dibujar sobre la imagen la medida conocida”>Analyze>Set Scale>”se introduce los datos de la medida seleccionada y la unidad”>Ok Figura 3: Configuración de medida referencia en ImageJ 3. Obtención de medida: “se dibuja sobre la imagen la medida que se desea obtener”>Analyze>Measure Introducción 24 Figura 4: Obtención de medidas en ImageJ Con este procedimiento se obtienen medidas fiables si se usan imágenes en la que no se encuentren distorsionadas y muestre uno de sus planos. 1.4.2 Modelado y recreación virtual: CATIA V5 R19 CATIA (Computer-Aided Three dimensional Interactive Application) es un programa informático de diseño, fabricación e ingeniería asistida por computadora comercial realizado por Dassault Systèmes. El programa está desarrollado para proporcionar apoyo desde la concepción del diseño hasta la producción y el análisis de productos. Provee una arquitectura abierta para el desarrollo de aplicaciones o para personalizar el programa. Las interfaces de programación de aplicaciones, CAA2 (o CAAV5), se pueden programar en Visual Basic y C++. Se desarrolló inicialmente para servir en la industria aeronáutica. Se ha hecho un gran hincapié en el manejo de superficies complejas. Dassault Systemes ha empezado a ser utilizado por los constructores de barcos con la versión de CATIA V5 edición 8, la cual incluye características especiales muy útiles para los constructores. GD Electric Boat emplea CATIA para diseñar el último modelo de los submarinos de ataque rápido pertenecientes a la Armada de los Estados Unidos, el Submarino clase Virginia. El Newport News Shipbuildings también utiliza CATIA para diseñar para diseñar el Clase Gerald R.Ford de portaviones para la Armada estadounidense. En 2004, el Grupo Beneteau (empresa vendedora de velas y motores de barcos) comenzó a utilizar CATIA para el desarrollo de los nuevos motores para los barcos de vela y de ocio [5]. Incluso para el desarrollo del F50 SailGP se ha utilizado dicho software, esto se conoce gracias a un vídeo de un patrocinador de la competición (Rolex) en la que se muestra parte del catamarán en CATIA. Figura 5: Utilización de CATIA para el desarrollo del F50 SailGP [6] Introducción 25 Por lo mencionado, se puede concluir que el uso de dicho software es ideal para el modelado y su posterior recreación virtual, ya que es una de las herramientas más utilizadas en la industria de la ingeniería y está en pleno uso actualmente. A continuación, se indicarán los módulos que se han utilizado en este trabajo y para que se ha utilizado. No se entrará tan en detalle en los pasos a seguir para su utilización como se ha realizado en el apartado anterior ya que no es el objetivo de estudio: • Sketch Tracer: Perteneciente al apartado de . Su función principal es la obtención de curvas gracias a la importación de imágenes. Como se ha explicado en apartados anteriores dicho módulo se utilizará para obtener formas complejas de imágenes para posteriormente que sean utilizadas en el módulo de Generative Shape Design. El procedimiento para seguir es parecido al de ImageJ: se importa la imagen, se escala a medidas reales y posteriormente con las herramientas necesarias para cada caso se obtiene la forma en cuestión. Este módulo se utilizará para obtener secciones y guías. • Generative Shape Design: Perteneciente al apartado de . Este módulo es el más importante debido a que realizará todos los componentes, en concreto se basa en la creación de superficies. Se utilizarán multitudes de herramientas dentro del mismo, en concreto para este proyecto se puede observar en la siguiente figura la mayoría de las herramientas que se han utilizado: Figura 6: Herramientas utilizadas en el módulo de Generative Shape Design • Assembly Design: Perteneciente al apartado de . Como su propio nombre indica se utiliza para cuando se obtenga todos los componentes del catamarán se puede ensamblar todos en uno, es decir, es la unión de todos los componentes creados, también servirá para obtener imágenes renderizadas del catamarán con imágenes de fondo en su entorno. En dicho módulo se impondrá las restricciones físicas entre componentes. • Human Builder: Perteneciente al apartado de . Dicho módulo sirve para la creación de humanos, dándole todo tipo de medidas y posiciones. Se utilizará para importar la tripulación del propio catamarán viendo de una forma realista el resultado final. • Part Design: Perteneciente al apartado de . Sirve para la creación de geometría básica, en este caso se ha utilizado para utilizar la herramienta Think Surface y Pocket para la modificación de piezas en la impresión 3D, dándole espesor a superficies o realizando la parte negativa de texto escrito en superficies. • Drafting: Perteneciente al apartado de . Sirve para la creación de texto que posteriormente se puede importar en las geometrías creadas, en concreto se ha utilizado para crear el texto que irá en la base del soporte del prototipo en la impresión 3D. • Add: • Extremum: • Planes Between: • Sketch: • Axes: • Extrude: • Plane: • Spline: • Blend: • Fill: • Polyline: • Split: • Boundary: • Helix: • Point and Planes Repetitions: • Sweep: • Circle: • Hole: • Point: • Symmetry: • Circular Pattern: • Intersection:• Projection: • Translate: • Combine: • Join:• Remove: • Thick Surface: • Connect Curve: • Line: • Revolve: • Trim: • Corner: • Multi-Sections Surface: • Rotate: • Volume Extrude: • Cylinder: • Multi-Sections Volume: • Shape Fillet: • Volume Revolve: • Extract: • Object Repetition: • Shell: • Volume Sweep: Conceptos previos 32 la finalización de las regatas de flota, los barcos se clasifican por orden de llegada en la última regata. El ganador de la final será declarado campeón del evento y recibirá 10 puntos en la clasificación general, el segundo clasificado en la final recibe nueve puntos, y el tercero, ocho. Los equipos que no se hayan clasificado para la final recibirán los puntos del campeonato correspondientes a su clasificación general; el cuarto clasificado recibirá siete puntos, el quinto seis puntos, etc. • Gran Final: la Gran Final es la última regata del último Sail Grand Prix de la temporada. Sólo los tres equipos mejor clasificados en la tabla de clasificación general de la temporada pasarán a la Gran Final, donde se enfrentarán para coronarse campeones del SailGP. El ganador de la Gran Final se proclama campeón del SailGP Championship, mientras que los demás barcos que participen en la Gran Final se clasificarán en el Season Championship en función de su posición final en la Gran Final. El resto del Season Championship se determina clasificando a los barcos restantes -los que no participan en la Gran Finalsegún sus puntos totales en la clasificación general, de mayor a menor. Existen situaciones excepcionales en los que hay que tener en cuenta diferentes acciones: • Empate a puntos: o Empates en pruebas: si hay un empate entre dos o más barcos en la tabla de clasificación de un evento, se clasificarán según sus puestos de llegada en la regata más reciente. o Empates de temporada: si hay un empate entre dos o más barcos en la tabla de clasificación del campeonato, se clasificarán en la tabla de clasificación según sus puestos de llegada en la prueba más reciente. • DNS/DNF o No salió: Un barco que no comienza la regata o es descalificado obtiene 0 puntos. o No acabó: Un barco que sale, pero no termina (vuelco/rotura u otro motivo) recibirá 1 punto. • Finalización de las regatas: todas las regatas tienen un tiempo límite de 16 minutos tras el cual se darán por finalizadas. Una regata finalizada puede puntuarse si al menos un barco ha alcanzado la Distancia de Puntuación (Puerta 3). También es conveniente explicar cómo se lleva a cabo la regata en sí y como es la disposición de esta. Debido a las condiciones climáticas y que cada evento se lleva a cabo en diferentes partes del mundo el circuito siempre está cambiando, incluso a veces llega a cambiar en el mismo evento. Esto a veces puede parecer confuso, pero los fundamentos de un hipódromo SailGP siguen siendo los mismos, independientemente de la disposición real del recorrido. Antes de explicar lo que viene, hay que mostrar los siguientes conceptos teóricos sobre la dirección de la embarcación respecto al viento. Figura 15: Tipos de rumbos Conceptos previos 33 Figura 16: Terminología básica del viento Las regatas se desarrollan en barlovento (ceñida) y sotavento (empopada), con el recorrido final designado por el comité de regatas no más tarde de cinco minutos antes de la señal de salida. El recorrido puede sufrir modificaciones tanto en su posición como en su longitud en función de las condiciones meteorológicas durante las pruebas, pero la configuración básica de barlovento/sotavento sigue siendo la misma para todas las regatas SailGP. En esta configuración barlovento/sotavento, una baliza se coloca directamente a barlovento del centro de la línea de salida y la segunda baliza se coloca directamente a sotavento de la primera baliza. Figura 17: Disposición del recorrido [12] Una de las partes más intensas de una regata SailGP se produce justo en la salida, ya que el primer tramo lleva a los barcos por uno de los puntos más rápidos de la vela, un reach, hasta la primera baliza, o la baliza de velocidad (speed mark). A partir de ahí, los barcos comienzan a dirigirse a la puerta de sotavento, situada en la parte inferior del recorrido, y una vez que un barco la ha atravesado, comienza a ceñir hacia la puerta de barlovento, situada en la parte superior del recorrido. Los barcos repiten el recorrido hasta la puerta de sotavento cuando han pasado por la puerta de barlovento, y continúan compitiendo hasta completar el número de vueltas designado, antes de dirigirse a la meta. Respecto a las salidas, en SailGP no hay salida parada, ya que todas las regatas comienzan con toda la flota en movimiento. Se comunican varias señales a los barcos durante el procedimiento de salida, y se requiere que toda la flota esté dentro de la zona de salida a una hora determinada. A continuación, la flota comenzará a moverse hacia la línea de salida mientras el reloj cuenta hasta la señal de salida. Los barcos pueden cruzar la línea de salida en cualquier momento después de que se haya dado la señal de salida para comenzar el alcance de la primera baliza. Si un barco ha Conceptos previos 34 cruzado la línea de salida antes de la señal de salida, será declarado OCS y penalizado. Una parte muy importante de la competición son las penalizaciones. Para ello el equipo de árbitros, que utiliza tecnología de seguimiento de alta tecnología con una precisión de dos centímetros y medio, mantiene la equidad de la regata. Pueden reproducir los incidentes y tienen acceso a todos los datos y el audio que sale de los barcos. Si se descubre que un equipo ha infringido una regla, recibe una penalización, y el barco en cuestión debe reducir la velocidad hasta situarse 20 metros por detrás de los demás barcos implicados en el incidente. A continuación, se muestra los tipos de penalización: • Salida de la regata: Un barco es penalizado por estar en el lado del recorrido (OCS) si cualquier parte de sus cascos está en el lado del recorrido de la línea de salida cuando se da la señal de salida. Los barcos también pueden penalizarse antes de la salida según su posición de entrada. • Ceder el Paso: Un barco amurado a babor (viento que viene del lado izquierdo) debe ceder el paso a un barco amurado a estribor (viento que viene del lado derecho). Esta regla rige las aguas internacionales desde hace siglos. • Solapamiento: Cuando los barcos se solapan yendo en la misma dirección, el barco más cercano al viento debe apartarse. A este barco se le denomina barco de barlovento. Esto significa que el barco más alejado del viento -el barco de sotaventotiene la posición de control. Cuando los barcos no están solapados y navegan en la misma dirección, el barco de atrás debe mantenerse alejado del barco de delante. • Límites: El recorrido del SailGP se disputa dentro de unos límites, para mantener la acción ajustada. Hay una zona de 80 metros definida dentro de todo el límite del recorrido; cuando dos barcos están dentro de esa zona, el que está más cerca del límite puede navegar por la ruta más rápida para entrar y salir de la zona. • Marcas: Las marcas de viraje tienen una zona circular a su alrededor de 50m de diámetro con la marca en su centro. Cuando los barcos se solapan al entrar en la zona de baliza, el barco que va por dentro debe tener espacio para rodear la baliza. El barco de fuera debe permitir al barco de dentro dar la vuelta como desee. Cuando los barcos no se solapan, el barco que entró primero en la zona tiene derecho a rodear la baliza. Los equipos lucharán duro por la línea interior, especialmente en la importantísima primera baliza. • Derecho de paso: Cuando un equipo con derecho de paso realiza un cambio significativo en su dirección, debe dar tiempo a reaccionar a los barcos cercanos. Incluso con derecho de paso, deben hacer todo lo posible para evitar una colisión. Estas penalizaciones conllevan una pérdida de puntos: • Colisión: o Barco responsable - cuatro puntos o Barco implicado - mínimo dos puntos (si pudo evitarlo) • Colisión que causa daños: daños: equipo técnico necesario para revisar y reparar o Barco responsable - ocho puntos o Embarcación implicada: mínimo cuatro puntos (si pudo evitarla) • Colisión que causa daños graves: daños graves: eliminado de la regata por ese día o Barco responsable - 12 puntos o Barco implicado - mínimo seis puntos (si era posible evitarlo) • Impacto de la temporada: al final de un evento, las penalizaciones acumuladas de puntos por contacto y daños de un barco darán lugar a las siguientes deducciones del Season Championship: o 4 puntos = dos puntos de temporada deducidos Conceptos previos 35 o 5-8 puntos = cuatro puntos de temporada deducidos o 9-12 puntos = ocho puntos de temporada deducidos o 13+ puntos = 12 puntos de temporada deducidos • Bandera negra: los árbitros pueden conceder una "descalificación por bandera negra" inmediata a un equipo que, infringiendo una regla, ponga a otro equipo en grave riesgo de colisión o vuelco. SailGP no solo destaca crear la regata de vela más rápidas que existen por todo el mundo, sino que todo esto conlleva a un gasto e impacto económico muy elevado. Por lo que también hay que asegurar su sostenibilidad financiera. La competición se gestiona como una entidad privada con el objetivo de generar ingresos y ser financieramente autosuficiente. La realización de SailGP implica costos significativos. Estos incluyen la construcción y mantenimiento de los catamaranes F50, logística para el transporte de equipos y barcos entre eventos, infraestructura de los eventos en las ciudades anfitrionas, y costos de producción para la transmisión televisiva y en línea. Cada equipo cuenta con un conjunto de personal técnico y de apoyo, cuyos salarios y otros costos también forman parte del presupuesto operativo. Los patrocinios son una fuente clave de ingresos para SailGP. La liga ha establecido asociaciones con diversas marcas globales, que incluyen desde tecnología y equipos deportivos hasta marcas de lujo y bebidas. Estos acuerdos de patrocinio ayudan a cubrir los costos operativos y son cruciales para la viabilidad económica de la serie. forman parte del presupuesto operativo. SailGP ha trabajado para maximizar su exposición mediática mediante acuerdos de transmisión con diversas plataformas de televisión y streaming. Los derechos de transmisión son una fuente importante de ingresos, ya que permiten monetizar la cobertura de las carreras y atraer a una audiencia global. Además, SailGP ofrece contenido exclusivo y experiencias interactivas a través de su aplicación y sitio web, lo que también puede generar ingresos adicionales. Los premios monetarios son una característica significativa de SailGP, con un premio de un millón de dólares para el equipo ganador de la temporada. Estos premios no solo atraen a los mejores navegantes del mundo, sino que también aumentan la competitividad y el atractivo del evento, lo cual es beneficioso para los patrocinadores y las audiencias. Cada evento de SailGP puede tener un impacto económico significativo en las ciudades anfitrionas. Esto incluye ingresos para los sectores de hostelería, turismo y servicios locales, así como beneficios indirectos de la exposición mediática global. Las ciudades compiten para albergar estos eventos, viendo en ellos una oportunidad para promocionar el turismo y la inversión local. En concreto, la última regata realizada en Cádiz registró un impacto económico de 93,7 millones de euros [13]. Aunque no es un aspecto económico directo, las iniciativas de sostenibilidad y responsabilidad social de SailGP también juegan un papel en su modelo de negocio. Al promover prácticas ecológicas y sostenibles, la liga puede atraer patrocinadores e inversores interesados en apoyar eventos y organizaciones con conciencia ambiental, lo cual puede traducirse en beneficios financieros y reputacionales. 2.2 Sobre el F50 SailGP Diseñado con innovación y tecnología avanzada, el F50 representa la vanguardia en la navegación deportiva, combinando aerodinámica e hidrodinámica para alcanzar velocidades impresionantes en el agua. Este catamarán es el resultado de la ingeniería de vanguardia y la pasión por la navegación, ofreciendo un espectáculo visual y una experiencia de navegación única en cada regata. Conceptos previos 36 Figura 18: F50 SailGP en Los Angeles Sail Grand Prix [14] 2.2.1 Evolución histórica El F50 SailGP, inicialmente conocido como AC50, tiene sus raíces en la America's Cup, una de las competiciones de vela más antiguas y prestigiosas del mundo. El diseño del AC50 fue una innovación revolucionaria en la navegación deportiva, introduciendo características avanzadas que marcaron un nuevo estándar en el rendimiento y la velocidad de los catamaranes de vela. Figura 19: Catamaranes AC50 del Land Rover BAR y Oracle Team USA se cruzan en un entrenamiento en Bermudas [15] Con el tiempo, el AC50 evolucionó para convertirse en el F50 SailGP, adaptándose a las necesidades y exigencias del circuito SailGP. Esta transformación incluyó mejoras significativas en el diseño aerodinámico, la tecnología de foils 12 y el sistema de control, entre otros aspectos. Figura 20: Primera prueba del F50 SailGP [16] 12 Alas hidrodinámicas que pueden ser retráctiles y son las encargadas de generar la sustentación. Durante todo el documento se le llama foils y no su término en español ya que no es habitual su término en español. Conceptos previos 37 El F50 SailGP ha demostrado ser una embarcación de vela de alto rendimiento, capaz de alcanzar velocidades impresionantes y ofrecer una experiencia de navegación emocionante para los espectadores y los navegantes por igual. Su evolución continua refleja el compromiso con la innovación y la excelencia en la navegación deportiva, consolidándolo como uno de los catamaranes de vela más avanzados y competitivos del mundo. 2.2.2 Componentes y sus características A continuación, se explicará los componentes principales que posé dicho catamarán junto con sus características. En líneas generales en la Figura 21 se muestra las partes principales que posé dicho catamarán, en la cual se observa que se encuentra tanto sus términos en español como en inglés, ya que mucho de los términos suelen utilizarse más en inglés. Figura 21: Partes generales del F50 SailGP Hay que comentar que todos los datos característicos y configuraciones se van a exponer a continuación se han extraído de la siguiente referencia [17]. También es conveniente indicar las partes básicas de cualquier embarcación, en concreto las palabras proa, popa, estribor y babor; ya que se van a mencionar durante todo el documento. Figura 22: Partes básicas de cualquier embarcación [12] Conceptos previos 38 2.2.2.1 Vela mayor La vela mayor está compuesta por dos velas rígidas, las cuales se disponen de forma contigua, siendo el elemento principal del ala la primera y el wing flap la segunda, esta última es la que se encuentra tras el elemento principal del ala (se puede observar en la Figura 21). Dichas velas rígidas posé forma de perfiles aerodinámicos que más adelante se definirán debido a que no es una característica que sea pública, y también posé giros entre las mismas, tal y como se puede observar en la Figura 23. Figura 23: Wingsail desmontado [12] En relación con las funciones principales de dichos elementos se encuentra generar la fuerza propulsora que hace que el catamarán avance con gran velocidad, controlar el equilibrio del barco (sobre todo el sobreviraje y el subviraje) y controlar el rendimiento de este según las condiciones del viento. Respecto a los diferentes tamaños de esta, existen tres opciones según la altura de la propia vela: Figura 24: Diferentes tamaños de la vela mayor [18] • 24 metros: se trata de la vela estándar, ya que nació en la Temporada 1. Está compuesta por cuatro etapas, las cuales se utilizarán para las siguientes configuraciones (añadiéndole o eliminándole etapas). Se suelen utilizar para vientos entre 8 y 24 nudos, por lo que acoge Conceptos previos 39 una amplia gama de rangos de velocidad del viento. Figura 25: Etapas de la vela mayor de 24 metros [12] • 18 metros: Se introdujo dicha opción en la Temporada 2, en la cual se previa vientos fuertes en algunas competiciones. Mientras más pequeña sea la vela resiste a vientos más elevados, posé menor superficie por lo que se impulsará con una menor cantidad de viento y también la reducción de peso hace que sea más ligera. Esta configuración se diseñó para vientos entre 18-30 nudos. Surgió con eliminación de la etapa 2 de la Figura 25 y en las Figura 26 y Figura 27 se puede observar la diferencia entre la configuración anterior y esta. Figura 26: Visualización de la creación de la vela mayor de 18 metros [19] Figura 27: Comparación vela mayor de 24 (izquierda) y vela mayor de 18 metros (derecha) [12] Conceptos previos 40 • 29 metros: Surgió en la Temporada 2 con la necesidad de navegar cuando la velocidad del viento era muy baja, en concreto se utiliza para cuando el viento está entre 4-10 nudos. Su fabricación se basa en añadir una etapa nueva (etapa similar a la etapa 2 de la Figura 25) entre las etapas 2 y 3. Esto se puede ver claramente en la Figura 28. Esta ala inicialmente trajo problemas a las navegantes ya que le costaba mucho adaptarse a ella, incluso llegó a producirse el colapso de esta 13 . Figura 28: Vela mayor de 29 metros [12] Figura 29: Colapso de la vela mayor de 29 metros en France Sail Grand Prix de Saint-Tropez [12] Respecto a la estructura interna de la vela mayor, al tratarse de velas rígidas y al ser perfiles aerodinámicos, posen alta relación con la estructura de las alas de los aviones, de hecho, para observar su gran parentesco se muestra en las siguientes imágenes la estructura interna del F50 SailGP, Figura 31, y la de un ala de avión, Figura 30. Figura 30: Partes básicas de la estructura del ala de un avión [20] 13 Se produjo en el France Sail Grand Prix de Saint-Tropez al equipo neozelandés. Conceptos previos 41 Figura 31: Estructura interna del wingsail del F50 SailGP [12] Como se puede observar existe gran relación entre ambos, existiendo algunas diferencias como que en el F50 apenas existen largueros, y que en este el borde de ataque (ver Figura 62) es una pieza única y no continua la forma de las costillas (solo la parte perimétrica). Dentro de la parte del borde de ataque se aprovecha dicha cavidad para introducir todo tipo de cableado o tecnología necesaria. Una vez se tiene dicha estructura interna se cubre todo con un revestimiento de un material específico (Clysar®) para crea una superficie sustentadora lisa y perfecta que hace que la aerodinámica cumpla su función principal. Figura 32: Recubrimiento transparente del wingsail y su detalle de la estructura interna [21] Conceptos previos 48 Figura 44: Detalle del casco del F50 SailGP Como se puede observar en la Figura 44, aunque el casco se le llama a todo el conjunto, existen diferentes partes dentro de este. Aunque parezca que el casco es un conjunto entero, realmente el mismo se divide en subpartes para poder transportarlo y montarlo mejor, tal y como se puede observar en la Figura 45. Figura 45: Montaje del casco con todas sus partes [28] Figura 46: Detalle de la bisagra del travesaño [29] Conceptos previos 49 La parte de la bisagra añadida fue incluida en el comienzo de la temporada 2, haciendo que la eslora (longitud del catamarán) aumente en 0,5 metros. Una parte muy importante de este es el trampolín, es cual es una red por la cual los tripulantes van a caminar por ella para pasar de estribor a babor o viceversa. Los materiales que se utilizan en todo el casco suelen ser de fibra de carbono, en concreto lo más común son paneles sándwich de fibra de carbono, los cuales cumple con la ventaja de ser altamente resistencia en ciertas direcciones, aunque frágiles en otras. Figura 47: Detalle de panel sándwich de fibra de carbono del casco [6] En los componentes donde no suele ser pisada por la tripulación y se quiere una forma geométrica especifica o lisa, como suele ser el carenado aerodinámico o el carenado del bauprés, se utiliza un material denominado Clysar ®. Figura 48: Detalle del material Clysar ® del recubrimiento del bauprés [29] Como curiosidad, este material no es tan resistente como la fibra de carbono, por lo que si sufre golpes fuera de lo común es posible que dicho material falle y se tenga que improvisar su reparación tal y como se observa en la Figura 49. Figura 49: Rotura y reparación del carenado aerodinámico del casco [29] Conceptos previos 50 2.2.2.6 Componentes adicionales De forma adicional, existen otras partes de dicho catamarán que tienen su importancia, pero están enfocados a equipos auxiliares. En concreto, son equipos que obtienen datos como la velocidad del viento, GPS, cámaras, baterías, equipos electrónicos, etc. Posé hasta 800 sensores que capturan unos 2000 canales de información comunicados por el sistema Oracle Cloud. A continuación, se van a mostrar dichos componentes de forma gráfica para saber de su existencia. Figura 50: Sistema de movimiento del foil [29] Figura 51: Elemento winch [29] Figura 52: Manivela del winch [29] Conceptos previos 51 Figura 53: Controlador de vuelo y sus sistemas [29] Figura 54: Sistema de bombeo y sistemas electrónicos [29] Figura 55: Localización de las baterías [29] Conceptos previos 52 Figura 56: Sistemas de comunicación y media Figura 57: Cámara de popa [29] Figura 58: Micrófono de popa Conceptos previos 53 Figura 59: Cámara de proa [29] Figura 60: Anemómetro y veleta de proa 14 [29] 2.2.3 Configuraciones posibles Como se ha explicado en los apartados anteriores existen diferentes opciones de cada elemento y, de forma general, se elige una opción u otra según sobre todo la velocidad del viento. Aun así, existen diversas configuraciones entre ellas, aunque primero de todo es necesario entender y conocer los valores típicos de la velocidad del viento en la navegación en la mar. Para ello se introduce la escala de Beaufort, la cual relaciona directamente la velocidad del viento, en nudos, con el estado de la mar. Es decir, sabiendo un rango de velocidades del viento, se le asocia un fuerza o escala (habiendo 12 en total) y con ello se puede saber o se le asocia el estado de la mar. 14 El anemómetro es el elemento por el cual se mide la velocidad del viento y con la veleta se determina la dirección del viento. Conceptos previos 54 Figura 61: Descripción de la escala Beaufort [30] También existen otra escala típica en el mundo de la náutica, que es la escala Douglas, que relaciona la altura de las olas con el estado de la mar. Esta escala no se va a explicar ya que no aporta nada a este apartado y no existe relación con las configuraciones del F50. A continuación, se muestra una tabla resumen de las posibles configuraciones posibles en función de la velocidad del viento y su escala Beaufort para la vela mayor y el foque. Tabla 3: Configuraciones entre vela mayor y foque De igual manera se realiza para el foil y el timón. Tabla 4: Configuraciones entre foil-timón Configuraciones Vela Mayor-Foque Vientos [nudos] Tipo de viento Escala de Beaufort 18 meter wing - J1 18-24 Vientos moderado-alto 5 y 6 18 meter wing- J2 22-30 Vientos altos 6 y 7 24 meter wing - J1 8-18 Vientos suaves 3 al 5 24 meter wing - J2 12-24 Vientos muy cambiantes (muchas rachas) 4 al 6 29 meter wing - AP 4-10 Vientos flojos 2 y 3 Configuraciones foil-timón Vientos [nudos] Tipo de viento Escala de Beaufort LAB-LARW 4-18 Vientos suaves 2 al 5 HSB-HSRW 12-30 Vientos moderados-altos 4 y 7 Conceptos previos 55 2.2.4 Principios físicos y aerodinámicos Una vez explicadas las diferentes partes del catamarán y conociendo su geometría y configuraciones de forma aproximada, se puede concluir que la forma que predomina en casi todos los elementos es la del perfil aerodinámico. Por ello, es crucial explicar la aerodinámica subyacente. En primer lugar, es de vital importancia explicar las partes que componen un perfil aerodinámico, para ello queda perfectamente reflejado en la Figura 62. Figura 62: Partes de un perfil aerodinámico [31] Los perfiles pueden variar en sus dimensiones y configuraciones, aunque existen estándares como los perfiles NACA, ampliamente utilizados y que serán empleados en este trabajo. Desde el punto de vista aerodinámico, el aire incide en el borde de ataque del perfil, formando un ángulo con respecto a la línea de la cuerda conocido como ángulo de ataque (𝛼). Esta incidencia divide el flujo de aire, haciendo que una parte fluya por el extradós y otra por el intradós del perfil. La geometría del perfil provoca que el aire recorra una distancia mayor en el extradós (mayor altura) que en el intradós. Utilizando una primera aproximación con la ecuación de Bernoulli, que describe la conservación de la energía en un fluido a través de la presión, la energía potencial (altura) y la energía cinética (velocidad), se deduce que la velocidad del flujo en el extradós es mayor y la presión menor que en el intradós, el cual ocurre lo contrario. Sin embargo, es importante señalar que la ecuación de Bernoulli se aplica en regiones no viscosas y para flujos estacionarios. Cerca del perfil, surgen fenómenos viscosos asociados a la fricción, conocidos como capa límite. Figura 63: Validez de la ecuación de Bernoulli [32] Otra explicación para la generación de fuerzas sobre el perfil se basa en la Tercera Ley de Newton, que considera la desviación hacia abajo del flujo. Ambas teorías son correctas y complementarias, Conceptos previos 56 y otros efectos, como el efecto Venturi y el efecto Coandă, también influyen en las fuerzas actuantes en el perfil. Figura 64: Definición de las fuerzas sobre el perfil La fuerza resultante sobre el perfil se descompone en sustentación (perpendicular al flujo de aire) y resistencia (en la dirección del flujo de aire). Teniendo en cuenta toda la superficie alar, es decir, no solo el perfil sino toda la superficie compuesta por perfiles lleva a definir los coeficientes adimensionales de sustentación y resistencia del foil entero. 𝐶𝐿=𝐿 1 2𝜌𝑉2𝑆 𝐶𝐷=𝐷 1 2𝜌𝑉2𝑆 Donde 𝐿 → 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐷 → 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝜌 → 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑉 → 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑆 → 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑎𝑙𝑎𝑟 Estos coeficientes permiten cuantificar la sustentación y la resistencia generadas por un cuerpo en un fluido determinado de manera adimensional. La fuerza de sustentación hace que la embarcación se eleve y también se intenta que la fuerza de resistencia sea lo más mínima posible, lo que viene a ser una eficiencia aerodinámica elevada 15 . Una vez realizado una explicación básica de la aerodinámica de un perfil y las fuerzas existentes se van a aplicar estos conceptos en la parte del catamarán donde existan perfiles aerodinámicos. Aparte de estas fuerzas hay que añadir otras fuerzas externas como el peso de la embarcación y de los tripulantes, así como los momentos y giros asociados a las fuerzas. 15 La eficiencia aerodinámica se define como la relación de la sustentación entre la resistencia (𝐸 = 𝐿/𝐷) Conceptos previos 57 Figura 65: Fuerzas externas en el catamarán, la izquierda situación estática y derecha situación dinámica [33] La figura anterior muestra el AC50, que posee una geometría y fuerzas similares al F50 utilizado en la SailGP. En ambas embarcaciones, se observan fuerzas de sustentación (lift) y resistencia (drag). A velocidades adecuadas, la fuerza de sustentación generada por los foils supera el peso de la embarcación (W), elevándola fuera del agua. Este fenómeno reduce considerablemente la resistencia al avance y permite alcanzar mayores velocidades. Un ejemplo visual de este proceso se puede apreciar en el video de la referencia [24]. 2.2.5 Información adicional de interés Además, hay que mencionar datos relevantes como las velocidades alcanzadas, la tripulación existente, el peso de estas y otros datos curiosos. Los dos parámetros fundamentales que definen a una embarcación es la eslora 16 , la cual se refiere a la distancia de proa a popa y manga 17 , la cual se define como la distancia de estribor a babor. Inicialmente el F50 SailGP tenía una eslora de 15 metros, pero en la temporada 2 con la incorporación del travesaño posé una eslora de 15,5 metros. 16 LOA: Length Over All 17 Beam Modelado de los componentes y su recreación virtual 64 Mediante la herramienta Multi-Sections Surface y la creacción de las líneas guías 22 , se ha realizado todo lo que es el revestimiento general. Figura 74: Revestimiento de cada vela sin detalles Realización los cortes 23 adecuados según su geometría se obtiene el revestimiento final con los detalles: Figura 75: Detalles del revestimiento final Remarcar que cada vela se ha realizado en un Part por separado, pero a la hora de ilustrarlo en esta memoria se han puesto ya contiguas para su mejor ilustración. En esta parte no se ha tenido gran dificultad en realizarla teniendo en cuenta que se ha tenido que hacer un gran trabajo previo de captación de medidas y sobre todo del posicionamiento de cada sección para que todas las medidas cuadrasen. También se ha tenido cierta dificultad al realizar la vela secundaria y tener que importar las líneas de los bordes de salida de la vela principal que serán los bordes de ataque de la vela secundaria 22 Para las líneas guías se ha establecido de forma general las uniones de sus bordes de ataque y sus bordes de salida de cada etapa, pero sin que cumplan tangencias entre etapas ya que en la realidad no las cumple. 23 Donde se han utilizado sobre todo las herramientas de Sketch y Extrude para crear la sección a eliminar y Split y Trim para cortar o eliminar el revestimiento Modelado de los componentes y su recreación virtual 65 con su separación correspondiente. Para ello, primero se ha realizado el Assembly Design de la vela principal con el Part de la vela secundaria y mediante la herramienta Extract, se obtenía así las líneas del borde de ataque de la vela secundaria. Gracias a estas ya se ha podido posicionar las secciones de la vela secundaria. Como aspecto a comentar, una de las líneas guías y también borde de salida de la vela secundaria, en concreto las de las etapas 3 y 4, se trata de una curva y no de líneas rectas. Por lo que hay que tratarlo de forma diferente mediante un spline y sus tangencias correspondientes: Figura 76: Particularidad de borde de salida de las etapas 3 y 4 de la vela secundaria Respecto a la recreación virtual del revestimiento se ha dividido el revestimiento, mediante la herramienta Split, se ha divido cada superficie que tenían cambios de logos o cambios de color y se le ha aplicada el color que se desea 24 . Figura 77: Divisiones de las superficies de la vela mayor para la recreación virtual Incluso para alguna geometría complicada, como el escudo de la bandera de España, las siglas de SailGP, ESP o Andalucía; lo que se ha hecho es darle un color aleatorio y después en sus propiedades de Texture adjuntar la imagen que se deseas y finalmente se posicionar correctamente. Posteriormente mediante la herramienta Render se ha obtenido la imagen renderizada con todos sus detalles. 24 Para partes transparentes se le ha aplicado el material Pleziglass. Modelado de los componentes y su recreación virtual 66 Figura 78: Renderizado del revestimiento (izquierda) y comparación con el real (derecha) [12] 3.2.2 Estructura interna Respecto a la estructura interna es esencial tener primero el revestimiento, esto se debe a que es necesario obtener la sección de cada costilla y para ello se van a hacer con la herramienta Intersection. También es necesario comentar que se ha tenido como referencia las Figura 30, Figura 31, Figura 32 y Figura 70 para obtener las distintas partes internas. Al tratarse de una estructura interna que posé espesor, se ha realizado este parte con las herramientas de Volume para ser más realista. Figura 79: Sección de todas las costillas de la vela mayor A partir de este se ha realizado el desarrollo de cada costilla, teniendo en cuenta que se divide en tres partes: borde de ataque, borde de salida y zona central. Aunque también existe otros componentes que se especificará a lo largo de este apartado. Modelado de los componentes y su recreación virtual 67 Figura 80: Partes básica de la estructura interna de la vela mayor En relación al borde de ataque, primero se ha realizado un Multi-Sections Volume solo del borde de ataque de cada etapa y como está hueco por dentro, aunque con un cierto espesor diferente para cada vela, se ha realizado un Shell. Figura 81: Detalle de la estructura del borde de ataque de la vela mayor El borde de salida se trata de forma diferente ya que hace especie de triangulo, pero con un espesor en concreto, aunque se han utilizado las mismas herramientas que para el borde de ataque. Figura 82: Detalle de la estructura del borde de salida de la vela mayor La zona central se trata de la zona más complicada ya que se ha tenido que ir costilla a costilla 25 , primero realizando un Fill de la zona central y posteriormente se ha realizado un Sketch sobre él de la geometría final, eliminando las zonas que no se desean 26 . También se ha tenido un gran inconveniente ya que al salir del Sketch se deformaba la geometría por completo sin motivo alguno, para ello se ha solucionado dándole la propiedad al Sketch de Isolate antes de salir. Figura 83: Geometría de las costillas antes (izquierda) y después (derecha) de realizar los cortes 25 Existiendo aproximadamente 70 costillas. 26 Se han utilizado sobre todo las herramientas Split y Fill. Modelado de los componentes y su recreación virtual 68 Figura 84: En rojo detalles de algunas costillas de la vela mayor Se puede observar cómo cada costilla posé una geometría ligeramente diferente y por tanto es este el motivo por el que hay que tratarlo de forma individual. También la geometría de la sección en la que se produce un cambio de etapa son diferentes ya que en él están las uniones entre las velas. A continuación, se va a mostrar algunos detalles importantes que se han añadido. En primer lugar, en algunas partes existen un componente parecido a lo que se denomina largueros, en concretos abundan en la vela secundaria, aunque en la vela principal existe unos largueros pequeños al comienzo de cada etapa; también existen otros componentes como una entrada de aire 27 en la primera etapa, costillas especiales en cambios de etapas y la estructura donde va localizada una pantalla en el comienzo de la primera etapa 28 . Figura 85: Localización de cada componente adicional y comparación del modelado de la estructura interna de la vela mayor (en color negro) con el real (la que posé ilustraciones) [28]. 27 Para la entrada de aire destacan las herramientas de Work on Support, Project, Split, Blend, Join, Think Surface y Symmetry 28 Para los largueros, pantalla y cambio de etapa destacan las herramientas de Intersection, Split, Extract, Multi-Sections Surface, Volume Extrude y Symmetry. Modelado de los componentes y su recreación virtual 69 Figura 86: Detalle de la entrada de aire de la vela principal Otro detalle extra es que la vela mayor, en específico la vela principal, se conecta con el casco mediante una bola rotatoria, por lo que se ha realizado el hueco en el borde de ataque de la vela principal. Esta bola simplemente se ha realizado mediante un Volume Revolve del Sketch de la geometría en cuestión y posteriormente con Remove se ha eliminado la parte que no se desea (parte hueca). Figura 87: Detalle de bola de la unión vela mayor con casco [29] Para concluir este apartado se van a incluir imágenes de cada etapa de la vela mayor para que se observe el resultado final. Figura 88: Etapas 1 y 2 de la estructura interna de la vela mayor Modelado de los componentes y su recreación virtual 70 Figura 89: Etapas 3 y 4 de la estructura interna de la vela mayor La recreación virtual de la estructura interna es sencilla ya que se trata de fibra de carbono, por lo que se le ha otorgado el color negro a la misma. Realizando su Render y comparando. Figura 90: Arriba el Render del modelado de la estructura interna y abajo una imagen real [12] 3.2.3 Elementos adicionales Como elementos adicionales se divide en cuatro principalmente: uniones entre velas, anemómetro y veleta, radar y pantallas. Respecto a las uniones entre velas, se trata de una pieza metálica que se encuentra en cada cambio de etapa y es por ello por lo que existe los huecos entre cada cambio de etapa. En general se ha realizado haciendo un Sketch con la geometría que se deseado y posteriormente extruyéndolo con el espesor de cada uno y finalmente se han realizado los agujeros los cuales irán Modelado de los componentes y su recreación virtual 71 los ejes de giros mediante herramientas como Extrude y Split. Figura 91: Detalle de la unión entre vela de la etapa 1 [12] Figura 92: Resto de uniones entre las velas [12] Para la recreación virtual de las uniones se le ha otorgado el material de Aluminium. A continuación, solo se va a mostrar una de las uniones con el material aplicado, ya que para los demás es el mismo y tampoco se le ha hecho el Render ya que no es un pieza que lo necesite para ver sus detalles. Figura 93: Material otorgado a las uniones de la vela mayor Para las pantallas simplemente se ha realizado un Fill del hueco que hay para ello y con Symmetry se ha realizado la otra pantalla. Para su recreación virtual se le ha dado el color blanco para que destaque y sea más real. Modelado de los componentes y su recreación virtual 72 Figura 94: A la izquierda el Render del modelado de la pantalla y a la derecha el real [35] Tanto el radar como el anemómetro y la veleta se encuentra en el tope del mástil, es decir en la parte más alta de la vela mayor. Figura 95: Posición del anemómetro y radar de la vela mayor [12] Se puede observar como el radar posé una forma cilíndrica que se ha realizado con la propia herramienta de Cylinder y una parte vertical que se ha realizado con Extrude de parte de la geometría. Figura 96: Resultado final del radar Finalmente, el anemómetro y la veleta se ha dividido tres partes: estructura, anemómetro y veleta. Figura 97: Diferentes partes de un anemómetro Modelado de los componentes y su recreación virtual 73 Este tipo de configuración es la típica que se sigue en cualquier anemómetro y veleta de una embarcación. Respecto a la estructura se ha creado el perfil y las guías y mediante la herramienta Sweep se ha creado la estructura en general, posteriormente para la parte cilíndrica se ha realizado un Extrude de una circunferencia. Finalmente, con un Split se ha eliminado parte de la estructura que coincidía con el cilindro. Tanto para el anemómetro y la veleta, se ha utilizado la herramienta Cylinder para toda parte que sea un cilindro, para las demás zonas se han utilizado herramientas como Fill, Revolve, Extrude y Circular Pattern, este último utilizado sobre todo para repetir los tres elementos que captan el aire del anemómetro. Otorgando un color blanco para el radar y colores negros para el anemómetro y la veleta, se puede obtener su recreación virtual. Figura 98: A la izquierda Render del modelado del radar, anemómetro y veleta y a la derecha el real [12] En general no se ha tenido gran dificultad en este apartado ya que son elementos relativamente sencillos y con una geometría no muy compleja. La única dificultad que se ha tenido ha sido en determinar las medidas aproximadas ya que no existen imágenes claras sobre estos elementos y se ha tenido que improvisar en función de las imágenes expuestas y de los conocimientos previos. Para finalizar 3.3 Foil En primer lugar, hay que recordar que se va a modelar un foil en concreto, el Light Air Boards (LAB). Para ello se ha tenido como referencia para el modelado de este la Figura 43. En este caso al tratarse de una geometría compleja, y tal y como se ha explicado al comienzo de este proyecto, se ha hecho recurso del módulo de Sketch Tracer del apartado de Shape. Gracias a este se le va a importar la figura referencia, se va a dimensionar de forma correcta y posteriormente se van a obtener sobre todo las líneas guías que conforman el foil o líneas auxiliares para poder trabajar correctamente. Figura 99: Obtención de la geometría del foil LAB, en naranja, en el módulo Skecth Tracer [12] Modelado de los componentes y su recreación virtual 80 Finalmente realizando los Sweep, Split y Symmetry se puede obtener la geometría de la zona de unión. Figura 111: En marrón vistas de la zona de unión del timón Para el modelado de la zona de unión con el casco, se ha obtenido la geometría a la cual se le va a realizar un Revolve. Figura 112: A la izquierda la obtención de la geometría a revolucionar y a la derecha en amarillo el resultado de la zona de unión al casco. Por último, se adjunta ciertas perspectivas de la geometría final del timón. Este mismo se ha duplicado ya que es el mismo para estribor como para babor. Figura 113: Resultado final del modelado del timón Modelado de los componentes y su recreación virtual 81 Para la recreación virtual, al igual que el foil, se le ha otorgado el color negro al tratarse de fibra de carbono. Figura 114: A la izquierda, el Render del modelado del timón y a la derecha el real [12] 3.5 Casco En la Figura 44 se observa como el propio casco está compuesto por diversos componentes, por lo que se ha subdividido este apartado en las diferentes partes que lo componen y posteriormente en el apartado de Assembly Design se explicara el conjunto de todos ellos. Al igual que la vela mayor, se ha tenido que realizar un estudio previo, sobre todo con determinar ciertas dimensiones para que cada subelemento tenga cohesión para cuando se realicen el Assembly. Es por ello por lo que se adjunta a continuación las medidas que se han ido tomando y apuntes a mano que se han ido realizando para el desarrollo correcto de esta parte 38 . Figura 115: Anotaciones sobre los planos para el desarrollo del casco 38 Con esto no se busca que estén todas medidas exactas y formal, simplemente para que conste el trabajo previo que se ha realizado. Modelado de los componentes y su recreación virtual 82 3.5.1 Zona central Esta parte se va a realizar primero el revestimiento o estructura externa y posteriormente se desarrollará la estructura interna. Para el desarrollo de esta se va a seguir el mismo proceso que se ha seguido para el foil y el timón, es decir, gracias a la Figura 67 y a la Figura 116, se han obtenido como antes medidas y formas generales necesarias. Figura 116: Vista frontal del F50 SailGP y obtención de formas de la zona central En relación a la Figura 67 se ha extraído la siguiente forma: Figura 117: Extracción de geometrías de la vista superior de la zona central A diferencia de los casos anteriores, ahora cada geometría en cuestión se trata de un Sketch el cual para este caso es más cómo trabajar con ello. En primer lugar, se copian y pega todo los Sketch en el Part y se sitúan cada Sketch en su posición. También se realizan alguna geometría adicional sabiendo la forma aproximada. A continuación, se va a ir mostrando la superficie de los componentes, al igual que detalles que se van realizando, donde las herramientas esenciales son Multi-Sections Surface, Intersection, Sweep y Split. Modelado de los componentes y su recreación virtual 83 Figura 118: Geometría base de la zona central sin detalles [12] En la parte inferior de la zona central existen una especie de saliente el cual sirve para unir este con el bauprés mediante un cable. El mismo se ha ido realizando por partes con las herramientas explicadas, aunque se tuvo gran dificultad a la hora de realizar las intersecciones debido al problema de la unión de este con la superficie ya creada. Para ello se han ido modificando las guías para que sobre todo cumpla tangencias con la superficie. Figura 119: En azul el detalle de la parte inferior de la zona central Otro elemento adicional es en la parte trasera, existen un componente que sobresale de la parte central, el cual sirve para que los cabos pasen de estribor a babor sin que corten a la vela mayor. Normalmente estos cabos suelen ser la línea de vida 39 de los tripulantes para que siempre estén amarrados al catamarán y en caso de pasar de banda estén seguros. Para el modelado de este se ha utilizado el módulo de Sketch Tracer en todas las imágenes donde aparecía este componente y mediante la herramienta Combine sea han extraído todas las guías en 3D, y posteriormente con la herramienta Sweep se ha realizado la superficie. Figura 120: En azul el detalle del pasa cabo de la línea de vida A continuación, se va a mostrar la parte la cual se ha tenido gran dificultad. Se trata de la parte delantera de la zona central, la cual tiene que coincidir con la unión de proa y encima posé una geometría especial. Antes de mostrar el resultado se van a ilustrar a que parte se está refiriendo. 39 Se trata de un componente típico en la náutica en la cual es un cabo que recorre la embarcación y el tripulante está conectado a él en todo momento para que en caso de hombre al agua esté conectado al barco. Modelado de los componentes y su recreación virtual 84 Figura 121: Imágenes reales de la parte delantera de la zona central [12] Para ello primero se ha realizado la parte común con la unión de proa, la cual se trata de un perfil NACA 0018, aunque solo se requiere parte de ella (se elimina el borde de ataque ya que pertenece a la unión de proa). Figura 122: Detalle de los primeros pasos de la parte delantera de la zona central 40 Para la realización de la zona donde pasan los tripulantes primero se han obtenido la primera geometría extraída de la Figura 116 y posteriormente mediante observación visual se han ido realizando las demás operaciones teniendo en cuenta las tangencias existentes. En esta parte es donde más problemas se han tenido debido a constantes errores en el desarrollo de las superficies, para ello se ha solucionado revisando constantemente todos los pasos a seguir en las coincidencias y propiedades de cada elemento, resolviendo así los problemas finales. Finalmente se han realizado los Split necesario para eliminar las partes no deseadas. 40 Se puede observar cómo todavía faltan cortes con otras partes, se realizarán más adelante. Modelado de los componentes y su recreación virtual 85 Figura 123: Diferentes vistas de la parte delantera de la zona central Se puede observar como también existe un hueco en forma de circulo el cual se trata del hueco donde se localiza la bola que se conectará con la vela mayor. Por último, se realiza el corte de la parte trasera de la zona central para que conecte correctamente con la unión de popa, está se caracteriza por ser el borde de ataque de un perfil NACA 0018. Figura 124: Resultado final del revestimiento de la zona central del casco Respecto a la recreación virtual se le ha otorgado el color rojo, menos en algunas zonas en la que se trata de color negro. Figura 125: Arriba renderizado del modelado de la zona central y abajo la real [12]. Modelado de los componentes y su recreación virtual 86 Respecto a la estructura interna, simplemente se le ha otorgado un espesor, mediante la herramienta Think Surface, a toda zona que es estructura, excepto a las partes que solo es revestimiento. También se ha incluido la bola la cual se mostró en la Figura 87. Figura 126: Detalle de la estructura interna de la zona central Como está realizado en fibra de carbono su recreación virtual es completamente negra. Figura 127: Arriba renderizado del modelado de la estructura interna de la zona central y a abajo el real [12]. 3.5.2 Unión proa Se trata del elemento que une la zona central por la parte delantera (proa) hasta zonas próximas del casco. Esta está compuesta por el revestimiento y la estructura interna, a continuación, se va a seguir este mismo orden. En primer lugar, se ha obtenido la guía necesaria mediante el módulo de Sketch Tracer. Figura 128: Guía del borde de ataque unión proa Modelado de los componentes y su recreación virtual 87 Hay que comentar que solo se ha obtenido la de un lado, la de babor, debido a que la contigua es simétrica. Al igual que en pasos anterior, importándolo en el Part, e introduciendo el perfil necesario 41 y realizando un Sweep. Figura 129: Sweep inicial de un lado de la unión de proa Realizando los cortes necesarios para que interseque con la zona central y realizando un Symmetry se obtiene el revestimiento final de la unión de proa. Figura 130: Revestimiento de la unión de proa Con el revestimiento ya realizado, se va a realizar la estructura interna. Para ello sigue la misma estructura que la de la vela mayor: borde de ataque, borde de salida y zona del interior; es decir, una forma de costillas e incluso se han utilizado las mismas herramientas, por lo que no es necesario volver a explicar el procedimiento. En la Figura 115 se puede observar el número de costillas que se tienen. La única diferencia que se tiene con respecto la vela mayor es que en el borde de ataque el interior no es un simple espesor, sino que en este caso es hueco en forma de cilindro. Figura 131. Diferencia de borde de ataque de la unión de proa con respecto a la vela mayor [12] 41 Se trata de una NACA 0018 Modelado de los componentes y su recreación virtual 88 Por lo tanto, el resultado de este es el siguiente: Figura 132: Resultado de la estructura interna de la unión de proa En general para la unión de proa no se ha tenido gran dificultad ya que los conocimientos necesarios ya fueron adquiridos en la vela mayor, por lo que se ha realizado con rapidez. Otorgándole al revestimiento por completo el material translucido y a la estructura interna de color negro menos el borde de ataque que es de color rojo se obtiene la siguiente recreación virtual. Figura 133: A la izquierda renderizado de la unión de proa y a la derecha la real [12] 3.5.3 Unión popa La unión de popa es misma filosofía que la unión de popa, pero esta se encuentra en la parte trasera de la zona central. Aparte no siempre sigue el mismo tipo de perfil, ya que pasa de un perfil simétrico a uno no simétrico. Importando los perfiles y en este caso mediante la herramienta de Multi-Sections Surface y Symmetry se ha realizado la geometría en cuestión. Figura 134: Detalle de los perfiles aerodinámicos utilizados en la unión de popa y el revestimiento. Modelado de los componentes y su recreación virtual 89 Se puede observar también que, a diferencia de la unión de proa, no posé un corte en la parte central, y en esta zona también posé un tramo horizontal. Esto se debe a la unión que se realiza con la zona central del casco y también con el alargamiento de popa. Respecto a la estructura interna, también está compuesto por costilla, y ahora sí que el borde de ataque se trata del mismo modo que la vela mayor. También hay que puntualizar que, en la parte central de la unión de proa, difiere un poco la configuración debida que este elemento servirá de apoyo para el alargamiento de popa. Figura 135: Estructura interna de la unión de popa Para el caso de la unión de popa tampoco se ha tenido gran dificultad, la única es que las guías utilizadas se han tenido que realizar mediante un spline que encajase con todas las medidas, ya que no se tenía ninguna información o imágenes al respecto. De la misma forma que la unión de proa se ha renderizado con la misma filosofía. Figura 136: A la izquierda renderizado del modelado de la unión de popa y a la derecha la real [12] 3.5.4 Casco Para el casco en sí, es muy importante tener bien definidas las líneas guías y las secciones. Esto es debido a que en general el proceso es sencillo ya que con estos dos elementos y mediante un Multi-Sections Surface es relativamente sencillo realizar la geometría. Por lo que se puede observar las cinco secciones de la Figura 115 sobre el casco y una más que se va a añadir para que quede con mejor detalle. También se explicará cómo se ha realizado el travesaño y algunos detalles extras. En primer lugar, se adjuntan todas las guías, secciones y otra geometría relevante que se han extraído de las imágenes. Modelado de los componentes y su recreación virtual 96 Para este elemento se ha tenido menos dificultad ya que dependía de menos superficies y simplemente se ha tenido que ir modificándolos puntos de corte con el casco. Este mismo se ha realizado un Symmetry para el otro lado. 3.5.7 Bauprés El bauprés se trata una extensión que existe desde la unión proa para que el foque puede localizarse, a su vez también se aprovecha para colocar en su punta el alargamiento de proa. En primer lugar, se han extraído las medidas necesarias para que exista una buena conexión entre el bauprés y la unión de proa, esta extracción se ha realizado mediante ImageJ de las Figura 66 y Figura 67. Una vez extraídas estas medidas, se ha realizado mediante herramientas de Sweep y Symmetry, el revestimiento base sin detalles. Figura 155: Revestimiento del bauprés sin detalles Si se realiza la punta de este mediante la herramienta Fill, los cortes con la unión de proa y un detalle en la parte inferior, se obtiene el revestimiento por completo. Figura 156: Revestimiento del bauprés Figura 157: Detalle en la parte inferior [29] Respecto a la estructura interna se trata de algo parecido a lo que se realizó con las costillas, Modelado de los componentes y su recreación virtual 97 aunque como la geometría es diferente también cambia aquí. Pero existen unas especies de largueros en las partes planas y en los extremos y en la parte central se tienen espesores. Aunque las herramientas a utilizar son las mismas que cuando se ha realizado las costillas por lo que no se va a entrar en detalle de estas. Figura 158: Estructura interna del bauprés y su comparación con la realidad Al igual que se realizó para la unión proa y popa, para este elemento se le ha otorgado los elementos centrales de la estructura interna de color negro y los bordes de ataque y punta de color rojo; para el revestimiento se le ha otorgado el material translucido. Figura 159: Arriba renderizado del modelado del bauprés y a la derecha el real No se ha tenido mucha dificultad, aunque se ha tenido especial cuidado con los cortes de la estructura interna con la unión de proa, para ello se ha tenido que hacer el Assembly para que el resultado fuese el correcto. 3.5.8 Manivelas Las manivelas se tratan del componente que sirve para que los dos grinders hagan girar y pueda mover el Winch. Se localiza en uno de los cubículos del casco y están tanto a estribor como a babor, pero funcionan de forma independiente y unidos al winch de cada banda. Está compuesto por dos componentes a su vez: estructura y las propias manivelas. Gracias a la Figura 70 se ha obtenido la forma de ambos componentes. Modelado de los componentes y su recreación virtual 98 Figura 160: Partes de la manivela [29] La estructura está compuesta por un componente vertical que hace de unión con las manivelas y un componente horizontal que, unido con el casco, da rigidez a la propia estructura. Importando dicha geometría y realizando un Extrude y un Edge Fillet en los bordes, se tiene la parte vertical sin el corte con el casco. Figura 161: Parte vertical de la estructura de la manivela sin corte con el casco Posteriormente se ha realizado el corte con el casco, que para ello se ha tenido que realizar el Assembly. De la misma forma se ha realizado la parte horizontal, la cual, aparte del Split que se ha realizado con el casco también se ha realizado a la propia parte vertical. La geometría de este se ha basado en la propia observación de imágenes reales. Figura 162: Modelado de la estructura de la manivela Modelado de los componentes y su recreación virtual 99 Para las propias manivelas, se ha realizado en un Part aparte y también se ha seguido la geometría de la imagen referencia. Esto es debido a que como se tiene movimiento relativo entre las mismas es necesario que no estén en el mismo Part, siendo Part diferentes los de estribos como los de babor. Las herramientas utilizadas y la forma de creación de estas manivelas son sencillas, ya con la geometría extraída de las imágenes, mediante herramientas como Extrude, Fill, Split y Symmetry 46 . Figura 163: Manivelas Aunque se explicará cómo se ha realizado el Assembly, se muestra el resultado final de su renderizado otorgándolo el color negro. Figura 164: A la izquierda renderizado del modelado de la manivela y a la derecha el real [29] 3.5.9 Winch Winch o cabrestante 47 se trata de un elemento generalmente cilíndrico por el cual sirve para enrollar o pasar los cabos para dar más tensión y fuerza a los mismo y poder trimar 48 las velas correctamente. Este elemento es movió gracias al giro de las manivelas. Este está compuesto por un elemento rígido o guía, el cual se utiliza para guiar al cabo y que no se escape del winch, y el elemento giratorio que hace la función principal. Su localización en la embarcación es la modificación del casco que se realizó para el mismo winch, se puede observar en la Figura 142. 46 Esta vez el Symmetry es especial ya que se ha hecho respecto a un punto y no a un plano, consiguiendo el resultado buscado. 47 En la náutica apenas se utiliza el término cabrestante, a estos elementos se le suele llamar winch, aunque sea una palabra inglesa. 48 Término utilizado para ajustar adecuadamente las velas dándole más o menos tensión mediante cabos. Modelado de los componentes y su recreación virtual 100 Figura 165: Partes del winch [29] Como se puede observar en la Figura 165 el elemento giratorio tiene una forma específica pensada para centrar los cabos en la zona en cuestión. Para ello simplemente se ha realizado un Revolve del Sketch en cuestión obteniendo así fácilmente dicha geometría. Figura 166: Modelado del elemento giratorio del winch Respecto a la guía se ha tenido mayor dificultad, debido a que el pico que hace de propia guía tiene una geometría un poco compleja. Inicialmente se ha realizado un Extrude de una circunferencia hasta llegar a la altura del borde, y posteriormente generando spline de las líneas de unión y con la herramienta Fill se ha conseguido la geometría buscada. A continuación, se adjunta el Fill el cual se ha tenido mayor dificultad y que conste para ver cómo se ha resuelto. Figura 167: Resolución del problema encontrado con la guía del winch Realizando los Symmetry necesario y terminando la punta de forma suave se obtiene la geometría final. Figura 168: Modelado de la guía del winch Modelado de los componentes y su recreación virtual 101 Aunque el Assembly se va a realizar en otro apartado se muestra el resultado de este para compararlo con el winch real, para ello se le ha otorgado el color negro a la parte móvil y blanco a la parte fija. Figura 169: Comparación del renderizado del modelado del winch (izquierda) con el real (derecha) [29] 3.5.10 Rueda La rueda es el elemento que se encarga de dirigir a la embarcación, haciendo mover el timón en la dirección que se dese. Está compuesta por dos elementos, la rueda en sí y su estructura que se conecta con el casco. Figura 170: Partes de la rueda La estructura de la rueda se ha creado teniendo en cuenta las medidas generales donde va ubicada la misma, para ello se ha realizado un Extract del cubículo del casco para poder trabajar mejor, posteriormente se ha creado el Sketch con la geometría para realizarle el Extrude, posteriormente el Edge Fillet y finalmente el Split con el casco. Figura 171: Modelado de la estructura de la rueda Modelado de los componentes y su recreación virtual 102 Para la rueda se ha extraído de la Figura 172 todas las medidas necesarias teniendo en cuenta que se ha dimensionado según medidas observadas del casco. Figura 172: Imagen de referencia de la rueda para la extracción de medidas [12] La rueda exterior se ha realizado un Revolve de una circunferencia y la parte central simplemente un cilindro. Figura 173: Modelado de las básicas de la rueda La conexión entre estas dos partes modeladas se va a realizar mediante una extrusión de un rectángulo, haciendo su Split para quedarnos con la parte que nos interesa y en las partes conectoras se ha realizado un Fill con la condición de tangencia entre superficies. Realmente se ha realizado uno de ellos y después mediante Circular Pattern se ha duplicado el resto. Figura 174: Modelado de las conexiones de la rueda con su parte central Modelado de los componentes y su recreación virtual 103 Se puede observar en la Figura 172 como en el elemento donde pone 1 hay una especie de manoplas que giran sobre la propia rueda. Este elemento se ha tenido gran dificultad para modelarlo ya que en la realizar está realizado un poco artesanal y rompiendo con la geometría circular. A pesar de esto se ha realizado mediante Sketch gracias a la herramienta Offset se ha podido cumplir en las formas circulares. Realizando posteriormente su Multi-Sections Surface y otros detalles como los botones o el eje de giro respecto a la estructura se obtiene el modelado de la rueda. Figura 175: Modelado de la rueda a la izquierda y a la derecha el original [29] Como en la Figura 175 no se observa el eje de giro a continuación se muestra con más detalle Figura 176: Parte trasera de la rueda Otorgando los colores adecuados a cada componente y renderizando se obtiene el siguiente resultado. Figura 177: Renderizado del modelado de la rueda (izquierda) y la real (derecha) Modelado de los componentes y su recreación virtual 104 3.5.11 Alargamiento proa El alargamiento de proa se trata de una extensión del bauprés en el cual se van a situar elementos como cámaras y un anemómetro con su veleta. Figura 178: Localización del alargamiento de proa [12] Se puede apreciar ligeramente en la Figura 178 como se compone de una parte cilíndrica hasta llegar a una especie de “cúpula”, la cual es la cámara, y posteriormente una pequeña estructura que sujeta al anemómetro y la veleta. Para este elemento se va a dividir en tres Part estructura incluida la cámara, el anemómetro y la veleta; ya que son elementos que tiene giros entre ellos. En primer lugar, se ha modelado la parte cilíndrica hasta llegar a la cámara y se le ha realizado el corte con el bauprés. Figura 179: Parte cilíndrica con el corte del bauprés A continuación, se hace una adaptación del cilindro para poder crear una superficie donde se pueda apoyar la cámara y posteriormente mediante herramientas como Revolve crear la cámara. Figura 180: Modelado de la cámara y su estructura del alargamiento de proa Para la estructura del anemómetro se ha extraído la guía mediante Tracer Sketch y mediante una sección curvada se ha obtenido dicha estructura terminando en un cilindro para que los elementos del anemómetro y veleta puedan ensamblarse. Modelado de los componentes y su recreación virtual 105 Figura 181: Guía y modelado de la estructura del anemómetro y veleta [12] Finalmente, para el anemómetro y veleta se ha duplicado de los realizado en tope de la vela mayor del apartado 3.2.3, por lo que cada uno se tiene en un Part diferente. Figura 182: Resultado del modelado del anemómetro y veleta de proa 49 Quedando finalmente de la siguiente manera si se le otorga el color negro. Figura 183: A la izquierda el Render del modelado del alargamiento de proa y a la derecha el real [12] 49 Se han representado ya realizado el ensamblaje para su mejor visualización. Modelado de los componentes y su recreación virtual 112 3.6 Foque Se recuerda que el foque elegido es el J1, por lo que se ha utilizado la Figura 70 como imagen de referencia. Utilizando el módulo de Tracer Sketch se han extraído todas las partes necesarias. Figura 200: Extracción de formas del foque J1 El principal problema que posé el foque es que es una tela flexible y CATIA solo permite modelar sólidos rígidos. Para solucionar este problema se le va a ofrecer al foque dos configuraciones en particulares, una si el viento es recibido por la banda de babor y otra si es recibido por la banda de estribor. Considerando que las formas extraídas es una configuración en la que el foque no está deformado, se va a realizar una curvatura en específico hacia una banda (spline) y luego se va a proyectar la forma extraída hacia este spline. Figura 201: En azul el foque proyectado con su curvatura y en translucido el foque sin deformar Modelado de los componentes y su recreación virtual 113 Los límites del puño de la escota 55 del foque deformado coincide con superficie donde pasan los tripulantes de la zona central. Por el grátil del foque se ha realizado un cilindro que recorre el mismo para que pueda pasar el estay de proa. Figura 202: En azul el cilindro creado para el pase del estay de proa Para la recreación virtual se ha tenido que dividir las superficies mediante corte con otras superficies creadas y aplicarle el color o imágenes deseadas. Figura 203: A la izquierda el renderizado del modelado del foque y a la derecha el real [12] Como se ha comentado anteriormente se ha realizado dos configuraciones dependiendo de donde incide el viento. Para observar dichas configuraciones se va a ilustrar el foque ya ensamblado simplemente para entender dichas configuraciones. 55 Se refiere al puño donde se localiza el hueco Modelado de los componentes y su recreación virtual 114 Figura 204: Diferentes configuraciones del foque 115 4 ENSAMBLAJE Y RECREACIÓN VIRTUAL FINAL a realizado el modelado de todos los componentes, el siguiente paso que hay que realizar es el ensamblaje de los mismo. Paro ello se va a utilizar el módulo Assemby Design del apartado Mechancial Design. En este apartado también se va a ir realizando la recreación virtual de cada ensamblaje y sobre todo la recreación virtual del catamarán ya completo. Como elemento adicional para ofrecer más realismo al modelado se va a incluir a los tripulantes gracias al módulo de Human Builder del apartado de Ergonomics Design & Analysis. Un aspecto bastante importante es tener claro que componentes son Part y Product ya que es esencial para realizar el ensamblaje. Es por ello por lo que, durante la memoria se ha especificado en cuantos Part se ha realizado cada componente. Respecto a los Product va a existir uno global que embarque al catamarán por completo, llamando F50 SailGP; aunque dentro de este se van a crear otros Product como, por ejemplo, el casco completo, en el que está compuesto por todo los Part que lo componen. Para entender mejor toda la estructura se adjunta, se va a ir desglosando como se ha estructurado: Figura 205: Estructuración del catamarán por completo Figura 206: Desglose de la estructura del casco completo Y Ensamblaje y recreación virtual final 116 Figura 207: Desglose de la vela mayor En primer lugar, se va a realizar el ensamblaje de la vela mayor y el casco completo por separado, y posteriormente se ensamblará todo el conjunto con los demás componentes, tal y como está representado en el esquema superior. 4.1 Ensamblaje de la vela mayor El ensamblaje de la vela mayor es relativamente sencillo, ya que con las uniones creadas entre las velas hay que darle simplemente las propiedad de Coincidence, para los elemento que giren, y Surface Contact para los elementos que no giren, pero están en contacto. Primero de todo es necesario importar todas los Part creado para la vela mayor y aglomerarlo en un único Product llamado Vela mayor 24m; posteriormente se ha realizado un Fix de la vela principal y un Fix Together para los elemento de las pantallas y equipos auxiliares con la vela principal. Figura 208: Constraints de la vela mayor Ensamblaje y recreación virtual final 117 En la Figura 209 se puede observar como si se le da giro entre vela se cumple correctamente y se obtiene el movimiento en cuestión 56 . Figura 209: Giro entre velas Finalmente se muestra el renderizado de la vela completa con el giro dado. Para que el renderizado sea menos pesado y con una mejor apariencia visual, se ha creado un Body dentro de cada vela en la que solo se extrae las partes de la estructura interna que es visible, en caso contrario se superpondría la del revestimiento con el conjuntos de la estructura interna. Figura 210: A la izquierda el renderizado del modelado entero de la vela mayor y a la derecha la real 4.2 Ensamblaje del casco completo Primero se va a comenzar con los sub-ensamblajes, es decir, los componente: winch, rueda, alargamiento proa y manivela. Una vez se hayan realizado estos sub-ensamblajes se procede al ensamblaje por completo del casco. Para el alargamiento de proa, se ha mantenido Fix todo lo que viene ser la estructura menos el 56 Claramente se ha definido el eje de giro de la vela secundaria. Ensamblaje y recreación virtual final 118 anemómetro y la veleta que se ha unido mediante Coincide ya que son elementos giratorios, aunque independientes entre ellos. Figura 211: Assembly del anemómetro y la veleta. En las manivela primero se le ha dado Fix a las dos estructuras (babor y estribor) y después Coincidence a las propias manivelas para que puedan girar. Figura 212: Assembly de las manivelas El winch es de vital importancia darle la propiedad de Fix a la parte central o no giratoria y un Coincidence de la parte giratoria para que solo pueda girar esta. Figura 213: Assembly del winch Ensamblaje y recreación virtual final 119 La rueda se ensambla de manera similar, teniendo en cuenta el contacto entre estructura y la propia rueda y el giro de la esta. Figura 214: Assembly de la rueda. Una vez ensamblado todos los sub-Product, se procede a ensamblar el casco por completo. En primer lugar, se importa la zona central, dándole la propiedad de Fix, y la unión de proa. Para el Assembly de este último lo que se ha realizado son tres puntos coincidentes de los mismo 57 y mediante la herramienta Offset se le ha otorgado un valor nulo, haciendo que sean coincidentes. Figura 215: Assembly de la zona central (en amarillo) y de la unión de proa (en azul) Con la misma metodología anterior, aunque a veces al Offset no se le da el valor nulo, se han ido añadiendo Part o Product y ensamblándolo. Figura 216: Ensamblaje de la unión de popa (en azul) 57 Dándole tres puntos se eliminan los seis grados de libertad: giros y translaciones. Ensamblaje y recreación virtual final 120 Figura 217: Ensamblaje del bauprés (morado), unión proa-casco (azul) y unión popa-casco (verde) Figura 218: Ensamblaje casco Figura 219: Ensamblaje del alargamiento de proa (azul) y alargamiento de popa (morado) Figura 220: Ensamblaje de las manivelas (azul), winch (morado) y la rueda (verde) Ensamblaje y recreación virtual final 121 Figura 221: Ensamblaje de algunos cables (morado) Y el trampolín que se puede observar en el apartado 3.5.13. Por tanto, el resultado final del casco completo quedaría Figura 222: Resultado del ensamblaje y renderizado del casco completo 4.3 Ensamblaje de todo el conjunto Para el ensamblaje del todo el conjunto se importa en el Product de F50 SailGP tanto la vela mayor la completo, como el casco completo, como los foils, timones, los cables restantes y el foque. En primer lugar, la unión entre el casco y la vela se va a realizar mediante la unión que es la bola, esta se ha realizado mediante el Contact Constraint. Figura 223: Ensamblaje de la unión casco-vela mayor Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 128 5.1.2.1 Procesos basado en líquido • Estereolitografía (SLA): Tecnología que utiliza un láser UV para curar una resina líquida fotosensible, construyendo capas sólidas de un modelo 3D con alta precisión y acabado superficial. Figura 233: Proceso SLA • Curado en Terreno Sólido (SGC): Similar a la SLA, este proceso cura simultáneamente cada capa de resina líquida utilizando una máscara fotográfica, lo que permite una construcción más rápida y eficiente de modelos detallados. Figura 234: Proceso SGC • Impresión por inyección de polímero (PolyJet): tecnología que inyecta gotas de resina líquida que se curan instantáneamente con luz UV, permitiendo la creación de modelos multicolores y multifuncionales con alta resolución. Figura 235: Diferentes procesos de PolyJet Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 129 5.1.2.2 Procesos basado en polvo • Impresión en tres dimensiones (3DP): Proceso que utiliza una inyección de material en polvo que se une mediante un agente aglutinante para formar un objeto sólido. Es ideal para crear modelos detallados y coloridos. Figura 236: Proceso 3DP • Sinterización Selectiva por Láser (SLS): Utiliza un láser para fusionar partículas de polvo, generalmente plásticos o metales, capa por capa, creando piezas sólidas con alta resistencia y complejidad geométrica. Figura 237: Proceso SLS • Fusión Selectiva por Láser (SLM): Similar a SLS, pero enfocado en materiales metálicos. Un láser de alta potencia funde completamente el polvo metálico, generando piezas densas y resistentes. Figura 238: Proceso SLM Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 130 • Fusión por Haz de Electrones (EBM): Utiliza un haz de electrones en lugar de un láser para fundir polvo metálico, permitiendo una fusión eficiente y rápida, ideal para aplicaciones en la industria aeroespacial y médica. Figura 239: Proceso EBM • Deposición Directa de Metal (DMD): Método que aplica polvo o alambre metálico en una zona fundida mediante un láser, permitiendo tanto la creación de nuevas piezas como la reparación de componentes existentes. Figura 240: Proceso DMD 5.1.2.3 Procesos basado en sólidos • Laminado de Objetos (LOM): Proceso que utiliza capas de material laminado (como papel o plástico) que se cortan y se apilan para formar un objeto tridimensional, ideal para prototipos grandes y de bajo costo. Figura 241: Proceso LOM Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 131 • Modelado por Deposición Fundida (FDM): tecnología que utiliza filamentos plásticos que se funden y se depositan capa por capa para crear objetos, es una de las técnicas más populares y accesibles en la impresión 3D. Figura 242: Proceso FDM Toda esta información, tanto su clasificación como las imágenes se han obtenido de la referencia [38]. 5.1.3 Aplicaciones generales Las aplicaciones generales y directas se pueden dividir en tres: • Prototipado rápido (RP): conjunto de técnicas de fabricación que permite crear prototipos físicos a partir de modelos CAD. Permite la producción de estos prototipos en un tiempo muy reducido, con costes relativamente bajos y ayudan a los procesos de visualización y análisis. • Fabricación rápida (RM): métodos de producción para agilizar las fabricación de componentes. Busca reducir plazos y costes de producción, agilizando el proceso de demandas del mercado. Limitado por las propiedades mecánicas y terminados superficiales. Solo se utiliza para algunos plásticos, metales, composites y cerámicas. • Utillaje rápidas (RT): metodología que permite crear utillaje, herramientas y moldes para la producción de algunas piezas. La aplicaciones de dichas metodología para los diferentes sectores es muy diversa y cada vez se está expandiendo más. Aun así, existe cierto sectores que son pioneros y se ofrece un gran desarrollo dentro del mismo: • Industrial: producción de piezas personalizadas y herramientas, con partes de diferentes densidad y porosidad. • Automovilístico: crear prototipos y componentes ligeros, además de moldes para inyección de plástico, acelerando el tiempo de desarrollo y personalizando partes. • Aeroespacial: fabricación de componentes ligeros y críticos con geometrías complejas, para desarrollar su optimización. • Arquitectura: creación de maquetas y prototipos arquitectónicos, y se explora su uso en la construcción de estructuras a gran escala con impresión 3D de hormigón. • Medicina: producción de implantes personalizados y modelos anatómicos para planificación quirúrgica, mejorando la personalización de tratamientos médicos. • Investigación: desarrollar prototipos y equipos experimentales. • Productos para el consumidor: diseño de productos personalizados y únicos, como joyas, esculturas y equipamiento deportivo. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 132 Toda esta clasificación anterior es extraída de la siguiente referencia [39]. 5.1.4 Ventajas, desventajas y comparación con otros métodos de prototipado • Ventajas o Personalización: permite crear piezas adaptadas a necesidades específicas. o Reducción de tiempos: acelera el desarrollo de prototipos gracias a tu velocidad de fabricación. o Geometrías complejas: fabricación de formas difíciles de lograr con métodos tradicionales. o Minimización de desperdicios: utiliza solo el material necesario. o Flexibilidad de diseño: facilita modificaciones sin grandes inversiones. • Desventajas o Limitaciones de materiales: no todos los materiales son aptos. o Acabado superficial: puede ser inferior al de métodos tradicionales. o Velocidad de producción: más lenta en producción en serie. o Coste inicial: las impresoras y materiales pueden ser caros. o Durabilidad: algunas piezas pueden ser menos resistentes. • Comparación con otros métodos de prototipado o Métodos sustractivos: mejor acabado, pero más desperdicio y menos flexibilidad. o Moldeo por inyección: ideal para producción en masa, pero requiere altos costos de configuración. o Mecanizado CNC: alta precisión, pero más lento para ajustes y cambios de diseño. 5.2 Tipo de fabricación aditiva utilizado: FDM 5.2.1 Motivo de elección Para este proyecto se ha utilizado el tipo de fabricación aditiva FDM, la elección de este se debe a sus bajos costes de adquisición de la impresora, material y producción; su reducido tiempo de producción, su facilidad de configuración y la gran red de información que existe en internet, haciendo que el aprendizaje del este sea muy rápido. 5.2.2 Descripción más detallada FDM es la técnica de impresión 3D más popular utilizada nivel de usuario común y es el tipo de fabricación aditiva que se asocia cuando se habla de impresoras 3D. El FDM funciona alimentando un filamento termoplástico a través de una boquilla caliente, donde se funde y se extruye capa por capa sobre una plataforma de construcción. Cada capa se enfría y solidifica antes de que se deposite la siguiente, formando el objeto final. Este proceso permite la creación de geometrías complejas y la personalización de piezas, siendo ampliamente utilizado en prototipado rápido y producción de artículos funcionales. En este tipo de fabricación es muy importante el uso de soportes, ya que, al depositarse cada capa, hay zonas de la pieza que la gravedad puede hacer que se deforme; es por ellos que se crea una estructura cerca de la pieza uniéndose a estas zonas de interés, pero dicha uniones tiene que ser débiles para posteriormente eliminar fácilmente el soporte. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 133 Figura 243: Descripción básica del proceso FDM [40] 5.2.3 Tipos de materiales Una gran característica del FDM es la gran variedad de materiales que se pueden utilizar. En concreto se va a realizar una recopilación de los más comunes: • PLA (Ácido Poliláctico): o Características: biodegradable, fácil de imprimir, y disponible en una amplia gama de colores. o Aplicaciones: ideal para prototipos, modelos visuales y piezas decorativas. • ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno): o Características: resistente y duradero, con buena resistencia al impacto y temperaturas más altas. Emite vapores durante la impresión que pueden ser nocivos. o Aplicaciones: usado en piezas funcionales, juguetes, y carcasas de productos. • PETG (Tereftalato de Polietileno Glicol): o Características: alta resistencia, durabilidad y resistencia a la humedad. Menos propenso a warping (deformación) que el ABS Figura 244: Efecto del warping Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 134 o Aplicaciones: adecuado para piezas funcionales, botellas y aplicaciones que requieren resistencia química. • TPU (Poliuretano Termoplástico): o Características: flexible y elástico, permite la creación de piezas que necesitan ser dobladas o estiradas. o Aplicaciones: usado en prototipos de productos flexibles, juguetes y componentes de calzado. • ASA (Acrilonitrilo Estireno Acrílico): o Características: similar al ABS, pero con mayor resistencia a la intemperie y los rayos UV. o Aplicaciones: ideal para aplicaciones exteriores y piezas que necesitan resistencia a condiciones ambientales. • Nylon: o Características: fuerte y flexible, con excelente resistencia al desgaste y a la abrasión. Puede ser difícil de imprimir debido a su tendencia a absorber humedad. o Aplicaciones: usado en engranajes, bisagras y otras piezas mecánicas. • Compuestos de Materiales: o Características: filamentos que combinan plásticos con materiales como fibra de carbono, madera o metal para mejorar propiedades específicas (resistencia, apariencia). o Aplicaciones: usados en aplicaciones avanzadas donde se requiere propiedades específicas, como mayor resistencia o estética. 5.2.4 Ventajas y desventajas • Ventajas: o Gran variedad de colores y propiedades. o Los soportes son fáciles de eliminar. o No es necesario un curado de post impresión. o Bajo mantenimiento, impresoras y material barato. o Existen impresoras con o más dos boquillas haciendo que se impriman varios colores en una misma pieza 61 . • Desventajas: o En ciertas ocasiones es necesario el uso de soportes. o Los soportes internos son difíciles o imposibles de eliminar. o Acabado superficial muy limitado con cierta rugosidad. o Propiedades mecánicas y térmicas muy limitadas. 5.2.5 Parámetros de impresión • Temperatura de la boquilla: temperatura a la que se calienta la boquilla para fundir el filamento. Suele ser constante durante todo el proceso y se determina con la prueba de calibración de temperatura. Gracias a esta prueba cada filamento tendrá una temperatura 61 En el caso de la impresora que se va a utilizar solo se tiene una boquilla por lo tanto imprime en un solo color. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 135 óptima. o Rangos típico: cada fabricante te indica el rango de su material, valor aproximados: ▪ PLA: 180-220 °C ▪ ABS: 220-250 °C ▪ PETG: 220-250 °C ▪ TPU: 220-240 °C • Temperatura de la cama de impresión: ayuda a la adhesión de la primera capa y previene el warping. o Rango típico: ▪ PLA: 50-60 °C ▪ ABS: 90-110 °C ▪ PETG: 70-90 °C ▪ TPU: 40-60 °C • Altura de capa: define la altura de cada capa depositada. Afecta directamente a la calidad y tiempo de impresión. Figura 245: Definición de altura de capa (layer height) o Rangos típicos: ▪ 0.1 mm (alta calidad, mayor tiempo) ▪ 0.2 mm (calidad media) ▪ 0.3 mm (menor calidad, menor tiempo) • Ancho de línea: ancho de material extruido de cada pasada. Es proporcional al diámetro de la boquilla, aunque el ancho de línea suele ser ligeramente superior debido a tu compresión al extruirse. Figura 246: Diferencia de ancho de altura de capa y ancho de línea (Extrusion width) o Rangos típicos: los valores típico de diámetro de la boquilla suele ser 0.4 mm por lo Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 136 tanto el ancho de línea entre 0.42-0.46 mm siendo valores menores para acabados con mejor superficies externa. • Velocidad de impresión: velocidad a la que el cabezal de impresión se mueve mientras deposita el filamento. Mientras menor sea la velocidad mejor acabado posé, aunque con un buen ajuste se puede conseguir buenos resultados con velocidades altas. o Rango típicos: 30-180 mm/s. Depende de la impresora y de la pieza. • Velocidad de desplazamiento: la velocidad a la que el cabezal se mueve cuando no está extruyendo. o Rango típico: 120-150 mm/s • Densidad de relleno: proporción del interior del objeto que estará relleno. Aun mayor porcentaje implica mayor resistencia, aunque mayor tiempo y material. Figura 247: Diferentes densidades de relleno o Rangos típicos: ▪ 0-20% (piezas visuales o decorativas) ▪ 20-50% (piezas funcionales moderadas) ▪ 50-100% (piezas funcionales o de alto rendimiento) • Retracción: acción de retraer el filamento para evitar goteo o hilos no deseados cuando el cabezal se mueve sin extruir. Se configura tanto su distancia como su velocidad gracias a la prueba de distancia y velocidad de retracción. Figura 248: Problemas de hilos debido a un mal ajuste de la retracción o Rangos típicos: ▪ Distancia: 0.5-1 mm para extrusoras directas, 4-6 mm para extrusoras Bowden. ▪ Velocidad: 20-45 mm/s. • Número de caras superior, interiores y de pared: cantidad de capas sólitas en la parte superior, inferior y en las paredes. Influye en la robustez y la apariencia. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 137 Figura 249: Números de capas de las partes externas o Rangos típicos: 3-5 capas • Velocidad del ventilador: controla la velocidad del ventilador de enfriamiento. Mejora la calidad de impresión en materiales sensible a la deformación por calor. o Rangos típicos: ▪ PLA: 100% (activo) ▪ ABS: 0-20% (generalmente apagado) ▪ PETG: 20-50% (ajustable) • Flow ratio: controla la cantidad de material extruido en relación con lo que el software espera extruir. Afecta al ancho de línea y la calidad de relleno. Valor muy bajos pueden hacer que las capas no estén completas y valores muy altos pueden generar sobreexrtusión, hilo o imperfecciones. Se ajusta con la prueba de calibración de flujo. o Rangos típicos: 90-110% • Presión Avanzada (PA): compensa los retrasos en la presión del filamento dentro de la boquilla, ajustando el flujo de material al cambiar de velocidades de impresión. Ayuda a mejorar la precisión en los bordes y evitar sobreextrusión en las esquinas. Se ajusta con la prueba de PA. o Rango típico: entre 0.05 y 0.2 mm. • Flujo de volumen máximo: volumen máximo de filamento que la impresora puede extruir en un segundo. Superar este valor puede traer problemas es despegue entre capas o impresión incompleta. Para ello se realiza la prueba de flujo de volumen máximo. o Rangos típicos: 8-15 mm3/s. Varía según boquilla y material • Velocidad máxima del extrusor: máxima velocidad a ala que el extrusor puede alimentar al filamento sin causar atascos y subextrusiones. Depende si el extrusor es directo o Bowden y del filamento. Para determinarlo se realiza la prueba de VFA. o Rangos típicos: ▪ 20-100mm/s para extrusores directos ▪ 40-80mm/s para extrusores Bowden 5.3 Preparación previa de la impresión del prototipo F50 SailGP Lo primero de todo es indicar con que software and hardware se va a realizar la impresión, para ello, se puede acceder al apartado 1.4.4 en el cual está explicado extensamente. Se ha realizado solo el prototipado del revestimiento ya que es la parte visual del modelado y la estructura interna no presentar interés en fabricarla. 5.3.1 División de los componentes La división de los componentes se ha ido modificando a medida que se ha ido imprimiendo y viendo la configuración óptima. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 144 Figura 261: A la izquierda la configuración de la prueba con los diferentes cambios de flujo y a la derecha la prueba realizada Una vez identificado el punto donde empieza a fallar, con un pie de rey se mide su altura desde la base y gracias a eso se puede determinar el flujo de volumen máximo con la siguiente expresión: 𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒅𝒆 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒐 = 5 + 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑜 [𝑚𝑚] ∙ 0.5 Donde: 5 → 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 [𝑚𝑚3/𝑠] 0.5 → 𝑃𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 [𝑚𝑚3/𝑠] 5.3.4.7 Vertical Fine Artifacts: VFA Ayuda a identificar defectos verticales en las impresiones, como líneas finas o imperfecciones causadas por vibraciones o cambios de velocidad. Se imprime un modelo vertical en el cual se vaya variando con la altura la velocidad 66 , cada cambio de velocidad se marcar con un hendidura en la geometría y una vez detectado la altura a la que se produce el fallo se le asocia dicha velocidad. Figura 262: A la izquierda la programación de la prueba y a la derecha la prueba realizada 5.3.4.8 Resultados de las pruebas para cada filamento Una vez se han realizado todas estas pruebas a los tres filamentos se han obtenido los siguientes resultados. 66 Empezando en 40 mm/s y terminando en 200 mm/s con un paso de 10 mm/s. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 145 Tabla 6: Resultado de las pruebas de calibración para cada filamento Se observa que en general se han tenido las mismas características y esto es debido a que el fabricante y el material son los mismos, aun así, es necesario realizar la calibración de cada filamento debido a sus pequeñas variaciones. 5.4 Impresión del prototipo F50 SailGP 5.4.1 Configuraciones y condiciones de la impresión Al igual que es de vital importancia realizar las pruebas de calibración, también es importante tener en cuenta las condiciones que se tienen en la impresión. El material PLA es muy sensible y pierde propiedades con la humedad, es por ello por lo que siempre se ha tenido en bolsas de plásticos introduciendo en ellas una bolsita de gel de sílice para absorber la humedad. Igual que es importante dónde y cómo se guarde, es igual de relevante el entorno y sus condiciones. Por ello siempre que se imprima se ha tenido la habitación cerrada 67 con el aire acondicionado puesto en modo dry a una temperatura de 26℃ para intentar tener la misma temperatura, tener aireada la habitación, pero sin llegar a tener humedad o corriente de aire externas. Respecto a las configuraciones utilizadas en primer lugar hay tener en cuenta los resultados obtenidos mostrados en la Tabla 6 , aunque existen otros parámetros que no se obtienen con las pruebas. Para estos últimos se han utilizado los rangos típicos y se han ido variando para cada componente: • La temperatura de la cama siempre se ha configurado a 𝟔𝟎℃. • Todas las piezas se han intentado hacer huecas o lo que es lo mismo con una densidad de relleno 0%, ya que en la realidad ocurre lo mismo y así ahorramos material y tiempo sacrificando cierta robustez de la pieza. Aunque para piezas pequeñas, en la que el relleno no afecta debido a que se solapa con las paredes, o para el soporte del prototipado se ha buscado que tenga relleno (7%) para darle más resistencia a la pieza. • Respecto a la altura de capa, se han tenido en cuenta dos configuraciones. Una primera de 𝟎. 𝟐 𝒎𝒎 para todos los componentes en general y otra de 𝟎. 𝟏𝟐 𝒎𝒎 para elementos que se buscaban más detalles o son más pequeñas. 67 Intentando que no le entrase la luz solar para que no produzca dilataciones/contracciones ni que hubiese corrientes de aire. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 146 Figura 263: A la izquierda el radar con altura de capa 0.12 mm y a la derecha parte de la unión proa con altura de capa 0.2 mm • El ancho de línea no se ha modificado y varía entre 𝟎. 𝟒𝟐 − 𝟎. 𝟒𝟔 𝒎𝒎 dependiente si se tratase de una pared interna, externa, parte superior, inferior, etc. Aunque cuando era necesario el uso de soportes este valor desciende a 0.38 − 0.4 𝑚𝑚 para que posteriormente sea más fácil de eliminar. Tabla 7: Variación del ancho de línea en función de la altura de capa • Las velocidades y aceleraciones que existen son bastantes por lo que se han utilizado las predeterminadas dentro de los rango típicos ofrecido, modificando en algunas ocasiones la velocidad de paredes exterior, velocidad de desplazamiento o velocidad del relleno. La modificación de esta siempre se ha disminuido para obtener un mejor acabado. • Por lo general el número de capas de la pared, parte inferior o superior; se encuentran en un rango entre 2-4 capas. Aunque en objetos donde terminan en pico, como la parte de proa del casco, se eliminan las capas superiores para que no realice geometrías extrañas. También es esencial seleccionar el patrón de llenado como Concentric para que se adapte mejor a cada sección de la pieza. Figura 264: Configuración general del número de capas Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 147 • La velocidad del ventilador se ha configurado al 𝟏𝟎𝟎% debido a que se trabaja con PLA. • El programa posé la opción de crear automáticamente soportes de ayuda para cuando alguna capa está en voladizo o posé un cierto ángulo. Es por ello para cuando era necesario se ha utilizado los soportes modo árbol con un ángulo de 𝟐𝟓° y con la característica de que solo se genere en la cama de impresión. 5.4.2 Proceso de impresión general A lo largo de este documento se ha explicado el principio básico del proceso de impresión, aunque, en caso se va a explicar los pasos a seguir enfocándose más en la propia impresión y no tanto el proceso general el cual se explicó en el apartado1.3.4. 1. Preparación previa: división de todos los componentes, escalado, ajuste y pruebas de calibración. 2. Configuración de la impresión: con el software adecuado se ha configurado cada pieza con sus parámetros de impresión. 3. Preparación de la impresora: se selecciona e introduce el material a imprimir, se extruye cierto material para que quede listo para la impresión, se elimina el material extruido, se rocía laca sobre la superficie de impresión 68 y se importa el G-code. 4. Nivelación y calentamiento: gracias a la impresora que se va a utilizar se realiza automáticamente la nivelación de la cama. Posteriormente tanto la boquilla como la base de impresión se calientan a sus temperaturas correspondientes. 5. Impresión: inicialmente la impresora purga, en el extremo de la base, cierto material para eliminar restos previos en el calentamiento o restos de impresiones anteriores. Posteriormente empieza a imprimir la pieza extruyendo el material fundido y mediante movimiento de sus tres ejes realiza cada capa. A medida que se extruye material existe un ventilador que apunta a la boquilla que hace la función de enfriar rápidamente el material para que quede bien adherido y sin imperfecciones. Para observar cómo se ha realizado la impresión se adjunta el enlace de un time-lapse, en este caso, del casco: https://youtu.be/Bm7x_mYyyks . 6. Extracción de la pieza: una vez terminada la impresión, se retira la placa de la base 69 y flexionando esta o haciendo palanca se retira la pieza impresa. Figura 265: Extracción de las piezas retirando la placa flexible de la base 7. Postprocesado: en algunos casos se realiza la eliminación de los soportes, se procede a realizar procesos de mejoramiento superficial como el lijado o pintado. 68 Esto genera que la primera capa quede bien anexionada a la superficie. 69 La base o cama está compuesta por la propia base la cual es la encargada de calentar y una placa flexible imantada a la misma que se puede retirar fácilmente de la base. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 148 5.4.3 Resultados, problemas encontrados y las soluciones aportadas El resultado de las impresiones se puede observar en las Figura 250 y Figura 251. Aunque en ellas no se ha realizado ningún proceso de postprocesado, si se ha eliminado elementos de impresión no deseables, como soportes o hilos. En las figuras anteriormente mostradas no aparece el soporte ya que no forma parte como tal del prototipo. Es por ello por lo que se muestra a continuación el resultado de este. Figura 266: Resultado de la impresión del soporte del prototipo Uno de los problemas que se encontraron al imprimir fue que, si la geometría no era cerrada, como por ejemplo el casco que tiene los huecos de la tripulación, no puede no tener espesor ya que el programa de laminado no lo identifica como tal. Figura 267: Problema de falta de espesor, en verde partes que no se van a imprimir y en colores las que sí Para solucionar esto hay que ofrecerle un cierto espesor a la pieza para que el programa lo reconozca correctamente y también crear soportes de ayuda para las zonas en las que está en voladizo 70 . Figura 268: Creación del espesor (izquierda) y problema solucionado (derecha). 70 Importante habilitar la opción de que los soportes solo se generen en la cama de impresión y no en la propia geometría. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 149 De la misma forma ha pasado con otros elementos como la unión del casco-proa en la que se ha tenido que dar un poco de espesor para que pudiese imprimir todas las zonas. Figura 269: A la izquierda falta de precisión y elementos, y a la derecha problemas solucionados Otro problema que se tuvo fue el trampolín, ya que no se sabía cómo fabricarlo debido a que solo se tenía una superficie sin la red creada. Se solucionó de la siguiente manera: primero es darle espesor a la superficie creada, dentro del programa de laminado eliminar las capas tanto laterales como superior e inferior y darle densidad al interior siendo el patrón rectangular, consiguiendo con esto la forma de red. Para que el patrón rectangular quedase como en la realidad, con la orientación correcta, se ha tenido que girar 45° la pieza. También se ha incluido soportes, pero en este caso son de tipo normal en vez de árbol como otros casos ya que son más fáciles de quitar debido a la geometría de red. Figura 270: Configuración y fabricación del trampolín Para la realización del logo de los gallos, el cual se localiza en la etapa 2 de la vela mayor, simplemente se ha realizado un offset de la parte blanca para que al imprimir la parte roja encaje y no quede en relieve como puede pasar con los logos 500 del casco o del foque. A pesar de que se han impreso todos los componentes del modelados, incluso componentes adicionales, hay dos que no se van a realizar su impresión en 3D: • Anemómetro, veleta y su estructura: tanto del tope de la vela mayor como el del bauprés. Esto es debido que al escalarlos posen unas dimensiones tan pequeñas que es imposible su fabricación, de hecho, el programa de laminado identifica a estos elementos como un punto. Por tanto, este es el único elemento que no se va a fabricar y no se apreciará en el prototipado. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 150 • Cables: debido a que estos elementos tienen la característica se ser esbeltos (largos y delgados) se podría realizar la impresión de estos, aunque el resultado sería un hilo de filamento el cual se deformará/partirá con gran facilidad. Además, los cables que poseen mayor longitud no entran en la zona de impresión por lo que habría que dividirlo y después para unirlos, siendo el resultado mucho peor. La solución antes esto es sustituirlo por alambres de metal ya que son muy dúctiles 71 y van a proporcionar cierta rigidez. Se van a utilizar hilos de mayor diámetro para los cables de la vela mayor y los hilo s de menor diámetro para los del bauprés. Figura 271: Hilos de 1.2 mm (izquierda) y 0.5 mm (derecha) de diámetro • Logos: hay algunos logos que no se van a prototipar ya que son muy difíciles de imitar y podrían incluso empeorar el prototipado. 5.4.4 Análisis de la eficiencia y eficacia de la impresión: tiempo de impresión, material gastado y costes de fabricación. Antes de explicar este apartado es necesario explicar la diferencia entre eficacia y eficiencia en este proyecto. La eficacia es la capacidad en conseguir la impresión en el menor tiempo indicado, es decir, en realizarlo en el mínimo número de horas o minimizar el número de horas de fallos en la impresión. La eficiencia es lograr el desarrollo de la impresión con los menores recursos posibles, en otras palabra, realizar el prototipado con la menor cantidad de material posible o reducir la cantidad de material desperdiciado. El cálculo de estas dos características se proporcionará más adelante, pero se basa en un cálculo básico en el que las variable a tener en cuentas son mínimas (solo se quiere tener una estimación). Aunque en el Anexo A se muestra con detalle toda la información acerca de todas las impresiones realizadas en función del filamento, es de vital importancia tener en cuenta una visión general de la impresión de este prototipo con variables como el tiempo de impresión, material consumido y costes de fabricación. Para la realización de los costes se ha tenido en cuenta tanto el coste de material utilizado, asociado a la cantidad material gastado en proporción a lo que ha costado el rollo, como el coste de la electricidad, teniendo en cuenta el tiempo de impresión y el precio de la luz en el momento de impresión 72 . Se podrían a haber incluido otras variables como coste de mantenimiento, coste del aire acondicionado, mano de obra, diseño, etc.; pero se ha querido realizar lo más general y sin entrar en un estudio complejo. Tabla 8: Información adicional general sobre la impresión 3D 71 Capacidad para deformarse de manera plástica sin romperse. 72 La potencia nominal de la impresora es de 300 𝑊. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 151 Disponiéndolo de una forma más visual se obtiene los siguientes gráficos. Figura 272: Gráficas del porcentaje de cada característica de la impresión según el filamento Respecto al material se tenía 3𝑘𝑔 en total (1𝑘𝑔 por filamento), se ha consumido el 23% de todo el material, desglosándose aproximadamente en partes iguales para cada filamento. Por tanto, se puede concluir que se ha realizado una buena elección de colores de filamento ya que se han gastado a partes iguales aproximadamente. Gracias a la clasificación de cada impresión con los siguientes atributos: calibración, impresión o fallo de impresión; se puede desglosar la Tabla 8 en las siguientes tablas y obtener más información relevante. Tabla 9: Información de la impresión en función del tipo de cada atributo Se puede extraer que del tiempo total de impresión acerca del 29% se ha dedicado a la calibración de los filamentos/impresora, un 9% a fallos de impresión y un 62% a la impresión de piezas finalmente utilizadas en el prototipo. Si ahora solo se tiene en cuenta el tiempo que se ha realizado para temas relacionado con la impresión del prototipo, es decir, sin tener en cuenta la calibración; el 12% de este ha resultado ser fallos del impresión. Gracias a la definición que se ha aportado de eficacia, se puede concluir que está relacionado con las mínimas horas de fallo de impresión respecto a las horas de impresión, es decir, conseguir que el 12% sea lo más pequeño posible. 𝑬𝒇𝒊𝒄𝒂𝒄𝒊𝒂 (%)=𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 − 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 ∙100 =𝟖𝟔% Es curioso observar que estos porcentajes no se mantienen si se valora la cantidad de material gastado. Esto se debe a que existen impresiones que tardan bastante en imprimir, pero al ser su velocidad bastante baja la cantidad de material es menor o no proporcional. Es por esto por lo que un 43.3% de la cantidad de material total gastado se asocia a la calibración, un 51.4% a la impresión y el resto a fallos de impresión. Es curioso observar como la calibración se ahora crece bastante su porcentaje, pudiendo resumir que aproximadamente un 40% de todo el material que se gasta para realizar una calibración está asociado a la calibración de este. De la misma forma que la eficacia, la eficiencia se va a calcular tiendo en cuenta ahora la cantidad de material (recursos). 𝑬𝒇𝒊𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 (%)=𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 − 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 ∙100 =𝟖𝟗.𝟕𝟓% Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 152 Finalmente, focalizándose en el coste de fabricación, los porcentajes se aproximan bastantes a los de cantidad de material. Siendo un 40.3% para la calibración, un 54% para la impresión y el resto para fallos de impresión. Para realizar una comparación visual de todo lo comentado anteriormente se puede observar la siguientes gráficas. Figura 273: Gráfica del porcentaje de cada atributo de la impresión De hecho, desglosando los costes de fabricación en coste de filamento y el de electricidad: Tabla 10: Desglose del coste de fabricación Figura 274: Desglose del coste de fabricación según el filamento Se puede concluir que los costes de fabricación total son mucho más sensibles a la cantidad de material utilizada que al coste de la electricidad (asociado al tiempo de impresión). Finalmente se puede concluir que se ha tenido buenos valores de tanto eficiencia (89.75%) como de eficacia (86%) en la impresión de este prototipado. Teniendo en cuenta también que el coste de fabricación depende en mayor parte de la cantidad de material, es decir, también depende de la eficiencia; al tener buenos valores de eficiencia se mejora considerablemente los coste de fabricación. Fabricación del prototipo mediante fabricación aditiva en FDM 153 5.5 Ensamblaje del conjunto El ensamblaje del conjunto se busca unir todas las piezas impresas, para ello se ha utilizado ciertas herramientas, las cuales se disponen en la siguiente figura. Figura 275: Herramientas utilizadas para el ensamblaje 5.5.1 Postprocesado La función principal del postprocesado se basa en mejorar el aspecto físico de cada componente o en prepararlo para las uniones. 5.5.1.1 Abrasión mecánica: Lijado Como se puede observar en la Figura 275 se ha utilizado diversas herramientas para el lijado, desde papel de lija con número más pequeños (grano más grandes) hasta número más grandes para acabados más ligeros; también se ha utilizado lijas con formas en específico para acceder a partes de la pieza o darle la forma oportuna. Se ha utilizado sobre todo para eliminar los hijos restantes que quedaban en la impresión, corrección de errores de impresión y para lijar las superficies de uniones entre dos elemento antes de unirlas para que este contacto sea el mayor posible y sea más efectiva la unión. Figura 276: En azul zona lijada para sus uniones (izquierda) y la corrección de defecto de fabricación (derecha) 5.5.1.2 Abrasión térmica: Quemado Para la eliminación de los hilillos también existe una forma más efectiva pero más peligrosa. Se trata de pasar ligeramente un mechero/soplete por la pieza hasta que estos hilillos se ven fundidos y desaparecen.