Caso de estudio para el diseño de un brazo robótico funcional, fabricado de una sola impresión mediante manufactura aditiva
Fecha
2025-11-03
Autores
Burgos Fausto, Samuel
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Editor
Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
Resumen
El proyecto aborda el diseño y desarrollo de un brazo robótico funcional fabricado mediante manufactura aditiva (impresión 3D), con el objetivo de integrar en una sola impresión todos los componentes estructurales y de articulación. Esta metodología busca reducir el número de ensambles, costos y tiempos de producción, ofreciendo una alternativa innovadora frente a los métodos tradicionales de manufactura. El trabajo se desarrolló en el laboratorio CAPA, aprovechando sus recursos tecnológicos para modelado, simulación e impresión 3D, demostrando la viabilidad de aplicar la manufactura aditiva en el campo de la robótica mecatrónica.
El estudio resalta las ventajas de la manufactura aditiva frente a la manufactura sustractiva, especialmente por su capacidad de crear geometrías complejas, optimizar estructuras internas y personalizar diseños. Los materiales poliméricos reforzados utilizados ofrecen alta resistencia, bajo peso y buena tolerancia a ambientes hostiles, lo que los hace idóneos para brazos robóticos. Asimismo, el uso de simulaciones digitales y análisis por elementos finitos permitió mejorar la precisión y eficiencia del diseño, reduciendo desperdicios de material y mejorando el desempeño mecánico del producto final.
El método de trabajo del proyecto se estructuró en cinco fases: identificación de áreas de oportunidad, selección de rodamientos impresos, diseño de articulaciones integradas, evaluación de propuestas y desarrollo del brazo robótico en una sola impresión. Durante estas etapas se realizaron estudios comparativos de diferentes tipos de rodamientos, pruebas experimentales de impresión 3D, y evaluaciones con herramientas de ingeniería como la matriz QFD y la matriz de Pugh, que ayudaron a seleccionar la propuesta más eficiente en términos de desempeño, costo y viabilidad de fabricación.
Los resultados demostraron que la propuesta número 1 fue la más adecuada según los criterios técnicos establecidos, logrando un diseño modular y funcional con articulaciones integradas. Se realizaron diversas pruebas de impresión y ensamblaje de servomotores y rodamientos en equipos Stratasys 380mc, verificando dimensiones, tolerancias y funcionamiento. También se emplearon soportes solubles para mejorar la calidad superficial y facilitar el montaje. El uso del equipo SCA 1200 HT permitió eliminar los soportes de manera controlada, dejando piezas limpias y listas para su ensamblaje final.
En conclusión, el proyecto evidencia que la manufactura aditiva es una herramienta eficaz para el desarrollo de sistemas robóticos personalizados y de bajo costo. La integración de componentes mecánicos y electrónicos en un solo modelo reduce el peso, mejora la precisión y agiliza la fabricación. El brazo robótico desarrollado representa una contribución significativa para el laboratorio CAPA, al consolidar un proceso formativo que combina ingeniería, diseño y tecnología digital, sentando las bases para futuras mejoras en control, materiales y precisión en aplicaciones educativas, industriales y de investigación
Descripción
Palabras clave
brazo robótico, manufactura, rodamientos, modular, tecnología