Computer-aided engineering: an innovative methodology for the design of agricultural tools for family farming

Juan Martin Montoya Fernández; Germán Leonardo García Monsalve; Mauricio Arango Correa; Santiago Parada Duque

doi:10.24054/rcta.v1i45.3237

Autores/as

Juan Martin Montoya Fernández Universidad Nacional de Colombia https://orcid.org/0009-0003-6200-6918
Germán Leonardo García Monsalve Universidad Nacional de Colombia https://orcid.org/0000-0003-3150-1847
Mauricio Arango Correa Universidad Nacional de Colombia https://orcid.org/0009-0002-5163-9026
Santiago Parada Duque Universidad Nacional de Colombia https://orcid.org/0009-0007-5035-2847

DOI:

https://doi.org/10.24054/rcta.v1i45.3237

Palabras clave:

Optimización del diseño, Metodología de diseño, Elementos finitos, Manufactura aditiva

Resumen

En este estudio se desarrolló una herramienta agrícola manual optimizada mediante el uso de tecnologías de diseño asistido por computadora (CAD), manufactura asistida por computadora (CAM) y análisis de elementos finitos (FEA) que se llevaron a cabo en diferentes etapas de diseño complementarias. Se partió de un prototipo físico existente que mediante procesos de ingeniería inversa generó un modelo CAD detallado y escalado con especificaciones funcionales de diseño. Posteriormente, se utilizó un proceso de fabricación aditiva (impresión 3D) de bajo costo para crear un prototipo funcional a partir del modelo CAD previo. Para estimar el desempeño mecánico y durabilidad del prototipo de la herramienta, se realizó un Análisis de Elementos Finitos (FEA) simulando las cargas a las que estaría sometida durante el uso. Los resultados obtenidos mediante la simulación FEA proporcionaron un diseño óptimo de la herramienta y validar su desempeño. El prototipo de herramienta optimizado por dichos procesos FEA se sometió nuevamente a impresión 3D con fines de generar un modelo funcional para la fabricación de la herramienta agrícola en procesos de manufactura por fundición en arena. Las herramientas manufacturadas en los procesos de fundición fueron utilizadas en actividades agrícolas convencionales cerrando el ciclo de diseño establecido en este estudio. Se concluye que el enfoque innovador, que combinó las etapas de diseño computacional y fabricación aditiva ofreció múltiples ventajas debido a las iteraciones de diseño de forma rápida y económica, antes de construir la primera herramienta por fundición. Además, facilitó la optimización de la geometría, tamaño y peso del prototipo de la herramienta considerando aspectos ergonómicos y desempeño en las actividades agrícolas proyectadas. Finalmente, la metodología implementada es viable para la creación de nuevas herramientas agrícolas, evitando procesos adicionales de manufactura de alto costo, como el maquinado por arranque de viruta o de fabricación de moldes para procesos de forja o de troquelado optimizando el costo de diseño.

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