Economic optimization of drone structure for industrial indoor use by additive manufacturing = Optimización económica de la estructura de drones para uso industrial en interiores mediante fabricación aditiva
Abstract:
The forthcoming industrial environments will require a high level of automation to be flexible. In this sense, Industry 4.0 encourages the integration of new autonomous systems digitally interconnected that can interact with humans. This thesis is developed at CIM 4.0 in the frame of the FIXIT project aiming to produce an autonomous system integrated by a UAV and a UGV. As a result, a combined system that complies with the Industry 4.0 requirements is created and mainly serves an operator by performing inspection tasks. This work is focused on redesigning the UAV airframe. Normally these structures are manufactured with some conventional techniques like molding which limits building complex structures and presents high costs in most cases. In this sense, the scope is to create a personalized structure at a lower price than the standard airframes by implementing one of the industry 4.0 pillars: additive manufacturing. The topology optimization method is integrated into the design process to create a mass-customized structure with optimum structural properties. The role of Additive manufacturing in this work is crucial to obtain an innovative, customized system with an optimum cost considering the prices on the market. The thesis is performed in different phases, starting from the definition of the UAV configuration and the propulsion system. Then a multi-material comparison and the analysis of different airframe designs are performed considering the cost and structural performance. Following this is the detailed design, in which other necessary features like the landing system, devices’ supports, and protection structures are designed. Finally, is performed the manufacturing phase in which a functional prototype is printed through FDM technology. The result is a lightweight customized airframe with good mechanical properties and optimum cost that is well integrated with the electronic components and landing system, enabling its autonomous performance characterized by repeatability and effectiveness. Esta tesis se desarrolla en el marco del proyecto FIXIT en el Centro de Manufactura Integrada (CIM) 4.0 con el objetivo de crear un sistema autónomo integrado por un Vehículo Aéreo No Tripulado (UAV) y un Vehículo Terrestre No Tripulado (UGV).
Resultado:
Como resultado, se crea un sistema combinado que cumple con los requisitos de la Industria 4.0 y que principalmente sirve a un operador para realizar tareas de inspección. En este sentido, el objetivo de este proyecto de tesis es crear una estructura personalizada a un precio inferior al de las estructuras estándar mediante la implementación de uno de los pilares de la Industria 4.0: la fabricación aditiva. El método de optimización de la topología se integra en el proceso de diseño para crear una estructura personalizada con propiedades estructurales óptimas. El papel de la fabricación aditiva en este trabajo es crucial para obtener un sistema innovador y personalizado con un costo óptimo, teniendo en cuenta los precios del mercado. La tesis se realiza en diferentes fases, comenzando desde la definición de la configuración del UAV y el sistema de propulsión. Luego se realiza una comparación de materiales múltiples y se analizan diferentes diseños de la estructura del UAV teniendo en cuenta el costo y el rendimiento estructural. A continuación, se lleva a cabo el diseño detallado, en el que se diseñan otras características necesarias como el sistema de aterrizaje, los soportes de dispositivos y las estructuras de protección. Finalmente, se realiza la fase de fabricación en la que se imprime un prototipo funcional mediante la tecnología de Fabricación por Deposición Fundida (FDM). El resultado es una estructura personalizada y ligera con buenas propiedades mecánicas y un costo óptimo que se integra bien con los componentes electrónicos y el sistema de aterrizaje, lo que permite su funcionamiento autónomo caracterizado por la repetibilidad y la efectividad.
Citación recomendada (normas APA)
Jorge Luis Regino Prado, "Economic optimization of drone structure for industrial indoor use by additive manufacturing = Optimización económica de la estructura de drones para uso industrial en interiores mediante fabricación aditiva", Colombia:-, 2022. Consultado en línea en la Biblioteca Digital de Bogotá (https://www.bibliotecadigitaldebogota.gov.co/resources/3711961/), el día 2025-03-21.
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