1
1
Cesar
Javier
Cervantes
Sandoval,
Estudiante
de
la
Ingeniería
Electromecánica
del
Tecnológico
Nacional
de
México/Instituto
Tecnológico José Mario Molina Pasquel y Henríquez Unidad Académica
Tamazula (México).
tm220112358@tamazula.tecmm.edu.mx
2
Aaron Kalid Cortez Barajas Estudiante de la Ingeniería Electromecánica
del
Tecnológico
Nacional
de
México/Instituto
Tecnológico
José
Mario
Molina
Pasquel
y
Henríquez
Unidad
Académica
Tamazula
(México).
tm220112358@tamazula.tecmm.edu.mx
3
Jorge
Alberto
Cárdenas
Magaña,
Tecnológico
Nacional
de
México/Instituto
Tecnológico
José
Mario
Molina
Pasquel
y
Henríquez
Unidad
Académica
Tamazula
(México).
jorge.cardenas@tamazula.tecmm.edu.mx
ORCID:
https://orcid.org/0000-
0001-9114-8550
4*
Francisco
Miguel
Hernández
López,
Tecnológico
Nacional
de
México/Instituto
Tecnológico
José
Mario
Molina
Pasquel
y
Henríquez
Unidad
Académica
Tamazula
(México).
francisco.hernandez@tamazula.tecmm.edu.mx
ORCID:
https://orcid.org/0000-0001-9546-0445
AUTOR
DE
CORRESPONDECIA *
REVISTA INCAING
ISSN24489131
Uso de SolidWorks e impresión 3D para analizar un
puente tipo Baltimore a escala
Cesar Javier Cervantes Sandoval
1
, Aaron Kalid Cortez Barajas
2
, Jorge Alberto Cárdenas
Magaña
3
, Francisco Miguel Hernández López
4*
1,2,3,4*
Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico José Mario Molina Pasquel y
Henríquez Unidad Académica Tamazula
Resumen - El presente trabajo evalúa el comportamiento
estructural de un puente tipo Baltimore Truss modelado en
SolidWorks y fabricado a escala mediante impresión 3D en
ABS, con el propósito de analizar su desempeño mecánico y
comparar su respuesta frente al mismo
diseño construido
conceptualmente en acero ASTM A36.
Se
realizó
un
análisis
estático
mediante
el
método
de
Elementos
Finitos
(FEM)
aplicando
cargas
de
200
N
a
ambos
modelos
y
un
segundo
estudio
experimental
con
carga reducida (20 N) para el prototipo en ABS, con el fin
de identificar su límite operativo seguro.
Los
resultados
indican
que
el
modelo
en
acero
mantiene
tensiones
máximas
de
7.33×10⁷
N/m²,
desplazamiento
de
0.15 mm y deformación unitaria de 2.09×10⁻⁴, valores muy
por debajo del límite elástico, confirmando su alta rigidez.
En
contraste,
el
ABS
bajo
la
misma
carga
presentó
un
desplazamiento de 11.13 mm y una deformación unitaria
aproximada
de
2.35×10⁻³,
evidenciando
menor
rigidez
y
respuesta más flexible.
La reducción de carga a 20 N permitió un comportamiento
estable con tensiones de 7.45×10⁶ N/m² y desplazamiento
máximo
de
1.49
mm,
lo
cual
valida
su
uso
para
ensayos
demostrativos y aplicaciones didácticas. Se concluye que el
puente es estructuralmente eficiente en acero, mientras que
el
uso
de
ABS
requiere
operar
bajo
cargas
controladas
debido a su menor módulo elástico. Este estudio resulta útil
en
entornos
educativos
para
vincular
modelado
CAD,
simulación FEM y fabricación aditiva como herramientas
integradoras para formación en ingeniería.
Índice de Términos - SolidWorks, FEM, puente Baltimore,
ABS, impresión 3D, análisis estructural.
Abstract -
This study evaluates the structural behavior of a
Baltimore Truss bridge modeled in SolidWorks and fabricated
at scale using 3D-printed ABS, with the aim of analyzing its
mechanical performance and comparing its response with the
same conceptual design constructed in ASTM A36 steel.
A
static
analysis
was
performed
using
the
Finite
Element
Method (FEM) by applying a load of 200 N to both models.
Additionally, a second experimental study was conducted on
the ABS prototype under a reduced load of 20 N to determine
its safe operating limit.
The results indicate that the steel model exhibited a maximum
stress of 7.33 × 10⁷ N/m², a m
aximum displacement of 0.15
mm, and a maximum strain of 2.09 × 10⁻⁴, all well below the
material's yield strength, confirming its high structural stiffness.
In contrast, the ABS model subjected to the same load showed
a
maximum
displacement
of
11.13
mm
and
an
approximate
strain of 2.35 × 10⁻³, demonstrating lower stiffness and a more
flexible mechanical response.
Reducing the applied load to 20 N resulted in stable behavior
for the ABS prototype, with a maximum stress of 7.45 × 10⁶
N/m² and a maximum displacement of 1.49 mm, validating its
23
REVISTA INCAING ISSN 24489131 (septiembre-octubre2026) pp 23-32
suitability for demonstration tests and educational applications.
It
is
concluded
that
the
bridge
is
structurally
efficient
when
manufactured
in
steel,
whereas
the
use
of
ABS
requires
operation under controlled loading conditions due to its lower
elastic modulus. This study highlights the value of integrating
CAD modeling, FEM simulation, and additive manufacturing
as complementary tools for engineering education.
Key words:
SolidWorks, FEM, Baltimore Truss bridge, ABS,
3D printing, structural analysis.
I.
INTRODUCCIÓN
El
análisis
estructural
de
puentes
tipo
truss
constituye
un
elemento esencial en la formación de ingenieros, debido a su
relevancia
en
el
diseño
de
sistemas
resistentes,
eficientes
y
económicamente
viables.
Entre
las
diferentes
tipologías
de
puentes reticulares, el puente Baltimore ha sido ampliamente
utilizado por su capacidad para distribuir las cargas de manera
eficiente
y
mantener
una
elevada
rigidez
frente
a
esfuerzos
combinados. Estas características explican su presencia tanto en
proyectos
estructurales
como
en
actividades
de
formación
y
validación experimental.
La
incorporación
de
herramientas
de
diseño
y
simulación
asistidas
por
computadora,
junto
con
el
desarrollo
de
la
manufactura aditiva, ha modificado la forma en que este tipo de
estructuras
puede
estudiarse.
Hoy
es
posible
combinar
el
análisis numérico con la fabricación de prototipos físicos, lo
que
facilita
contrastar
las
predicciones
obtenidas
mediante
simulación
con
el
comportamiento
observado
durante
los
ensayos.
Para
este
trabajo
se
empleó
SolidWorks
como
entorno
de
modelado y simulación estructural. A partir del modelo digital
se evaluó la distribución de esfuerzos y desplazamientos bajo
diferentes condiciones de carga, mientras que la impresión 3D
mediante
tecnología
FDM
permitió
fabricar
un
prototipo
funcional
destinado
a
validar
de
manera
cualitativa
los
resultados obtenidos en el análisis computacional.
La
fabricación
del
puente
en
ABS
también
hizo
posible
comparar la respuesta mecánica de un polímero de uso común
en
manufactura
aditiva
con
la
de
un
material
estructural
ampliamente
utilizado,
como
el
acero
ASTM
A36.
Esta
comparación
permitió
identificar
las
diferencias
asociadas
al
módulo de elasticidad de ambos materiales y su influencia sobre
la rigidez global de la estructura.
El
estudio
comprendió
el
diseño
completo
del
puente,
el
modelado
de
cada
uno
de
sus
componentes,
el
ensamblaje
digital y la definición de las condiciones de frontera empleadas
en
el
análisis
por
elementos
finitos.
Una
vez
concluida
esta
etapa, el modelo se fabricó en una impresora Bambu Lab A1
Combo utilizando filamento ABS, con el propósito de disponer
de
un
prototipo
que
facilitara
tanto
la
evaluación
mecánica
como su aplicación en prácticas de laboratorio.
La
metodología
empleada
integró
herramientas
de
diseño
asistido por computadora, simulación mediante el método de
elementos
finitos
y
manufactura
aditiva,
favoreciendo
un
entorno de trabajo donde fue posible analizar la influencia de la
geometría,
el
material
y
las
condiciones
de
carga
sobre
la
respuesta estructural del puente.
De
esta
manera,
el
estudio
busca
contribuir
a
una
mejor
comprensión
de
los
principios
mecánicos
que
gobiernan
el
comportamiento de los puentes tipo truss y evidenciar el valor
que
tienen
las
tecnologías
digitales
como
apoyo
para
la
formación en ingeniería electromecánica.
II.
FUNDAMENTOS
ESTRUCTURALES
DEL
PUENTE
TIPO
BALTIMORE
Los
puentes
tipo
truss
se
fundamentan
en
principios
de
mecánica estructural que favorecen la transmisión de las cargas
mediante elementos sometidos principalmente a esfuerzos de
tensión
y
compresión.
Esta
configuración
reduce
de
manera
significativa
los
momentos
flectores
y
permite
un
aprovechamiento
más
eficiente
del
material
empleado
[1].
Entre
las
diferentes
variantes,
el
puente
Baltimore
incorpora
subdiagonales que aumentan la rigidez en la zona central del
claro y mejoran su respuesta frente a cargas móviles, razón por
la cual ha sido ampliamente utilizado en estructuras ferroviarias
y vehiculares [2].
En
el
puente
Baltimore,
los
cordones
superiores
resisten
principalmente
esfuerzos
de
compresión,
mientras
que
los
inferiores trabajan a tracción. Las diagonales y los montantes
estabilizan la estructura y conducen las cargas hacia los apoyos,
logrando una distribución eficiente de los esfuerzos internos.
Estas características han favorecido su utilización como modelo
de estudio en actividades de simulación, modelado y validación
experimental en ingeniería.
III.
MODELADO
CAD
DEL
PUENTE
El
modelado
del
puente
Baltimore
se
llevó
a
cabo
en
SolidWorks
mediante
el
diseño
individual
de
sus
elementos
estructurales
y
su
posterior
ensamblaje.
El
empleo
de
un
modelo paramétrico permitió introducir modificaciones durante
el desarrollo sin afectar la geometría general, lo que facilitó la
preparación del puente para el análisis por elementos finitos y
la fabricación del prototipo mediante impresión 3D [3], [4].
Con las piezas terminadas, se generó el ensamblaje completo
del
puente
y
se
verificó
la
compatibilidad
entre
todos
los
componentes
antes
de
iniciar
la
simulación.
También
se
revisaron
posibles
interferencias
y
se
definieron
las
restricciones geométricas requeridas para el análisis mediante
elementos finitos. Esta secuencia de trabajo permitió disponer
de un modelo consistente tanto para la simulación estructural
como
para
la
fabricación
posterior
del
prototipo
mediante
impresión 3D.
IV.
ANÁLISIS
ESTRUCTURAL
POR
ELEMENTOS
FINITOS
El comportamiento estructural del puente se evaluó mediante
un análisis estático lineal en SolidWorks Simulation, utilizando
el
método
de
elementos
finitos
(FEM). Esta
técnica
permite
24
REVISTA INCAING ISSN 24489131 (septiembre-octubre2026) pp 23-32
discretizar la geometría en una malla de elementos, calcular la
distribución
de
tensiones
y
estimar
las
deformaciones
producidas por la aplicación de cargas, por lo que constituye
una de las herramientas más utilizadas en el análisis estructural
de geometrías complejas [5], [6].
Para este estudio, el modelo se discretizó mediante elementos
tetraédricos,
se
asignaron
las
propiedades
mecánicas
correspondientes
a
cada
material
y
se
aplicó
una
carga
distribuida equivalente a 200 N sobre el tablero del puente.
Las condiciones de frontera fijaron los apoyos en los extremos
del
modelo,
simulando
el
comportamiento
de
un
puente
simplemente
apoyado.
Con
estas
restricciones
se
calcularon
tensiones de von Mises, desplazamientos máximos y el factor
de seguridad. Este tipo de análisis permitió identificar:
•
Miembros
sometidos
a
compresión
crítica
(cordón
superior).
•
Elementos
predominantemente
en
tracción
(cordón
inferior),
•
Zonas
de
mayor
deformación
(generalmente
en
el
claro central),
•
El comportamiento global de la estructura bajo cargas
verticales.
El uso de FEA en modelos didácticos impresos en 3D permite
visualizar
de
forma
tangible
los
efectos
de
la
carga,
fortaleciendo
la
comprensión
conceptual
del
análisis
estructural.
V.
MANUFACTURA
ADITIVA
FDM
Y
PROPIEDADES
DEL
ABS
El
prototipo
se
fabricó
en
ABS
mediante
impresión
3D
por
tecnología
FDM,
un
proceso
en
el
que
las
propiedades
mecánicas de la pieza están influenciadas por factores como la
orientación
de
las
capas,
la
adhesión
interlaminar
y
los
parámetros
de
fabricación.
Como
consecuencia,
el
material
presenta un comportamiento anisotrópico que puede modificar
su
respuesta
mecánica
respecto
a
la
de
materiales
convencionales.
Diversos
estudios
reportan
reducciones
de
entre 30 y 60 % en la resistencia mecánica según la orientación
de
impresión,
además
de
una
variabilidad
asociada
a
las
condiciones de fabricación [7], [8].
En
este
trabajo,
estas
características
se
consideraron
al
comparar
el
comportamiento
del
prototipo
impreso
con
el
modelo equivalente en acero ASTM A36. Aunque el ABS no
reproduce
las
condiciones
mecánicas
de
una
estructura
metálica, sí permite identificar tendencias en la distribución de
esfuerzos,
analizar
deformaciones
y
validar
de
manera
cualitativa
la
respuesta
estructural
obtenida
mediante
simulación.
Esta
comparación
aporta
un
contexto
útil
para
comprender
la
influencia
que
tiene
la
selección
del
material
sobre el desempeño global del puente.
VI.
INTEGRACIÓN
CAD
–
CAE
–
FDM
PARA
LA
VALIDACIÓN
DEL
PUENTE
La
combinación
de
herramientas
CAD,
CAE
y
manufactura
aditiva ha transformado la forma de diseñar, analizar y validar
prototipos funcionales. Este flujo de trabajo forma parte de los
principios del
Diseño para Manufactura Aditiva
(DfAM), ya
que permite evaluar alternativas de diseño e introducir mejoras
antes de la fabricación física [9]. En el ámbito educativo, su
aplicación
favorece
el
aprendizaje
mediante
la
experimentación, facilita la interpretación del comportamiento
estructural y fortalece el desarrollo de competencias en diseño
y análisis de sistemas mecánicos [10].
En
este
contexto,
la
integración
de
estas
tecnologías
aporta
beneficios como:
•
Permite
comprender
la
relación
entre
geometría,
materiales y desempeño estructural.
•
Mejora la interpretación de resultados de simulación.
•
Facilita la comunicación técnica a través de modelos
físicos.
•
Incentiva
el
aprendizaje
activo
mediante
experimentación.
De
esta
manera,
el
proyecto
constituye
una
experiencia
formativa
integral
que
combina
herramientas
modernas
de
diseño, manufactura y análisis para fortalecer la comprensión
del
comportamiento
estructural
de
sistemas
reticulares
complejos.
VII.
METODOLOGÍA
El
desarrollo
del
estudio
combinó
herramientas
de
CAD,
simulación
mediante
el
método
de
elementos
finitos
y
manufactura
aditiva.
La
secuencia
de
trabajo
se estableció
a
partir de metodologías reportadas para el análisis de puentes y
estructuras impresas en 3D, facilitando la comparación entre los
resultados
obtenidos
en
el
entorno
de
simulación
y
el
comportamiento observado en el prototipo físico [3], [6], [11],
[12].
A.
Proceso metodológico general.
El flujo metodológico se estructuró en cinco etapas:
•
Modelado CAD del puente.
•
Ensamblaje digital.
•
Análisis FEM.
•
Fabricación aditiva FDM.
•
Ensamblaje físico y validación cualitativa.
Este esquema es coherente con metodologías contemporáneas
de
diseño
y
fabricación
digital
aplicadas
a
mecanismos
no
ensamblados y estructuras complejas [3], [5], [7].
25
REVISTA INCAING ISSN 24489131 (septiembre-octubre2026) pp 23-32
Fig. 1. Proceso metodológico.
B.
Modelado CAD del puente.
El modelado del puente Baltimore se realizó en SolidWorks a
partir del diseño individual de sus elementos reticulares y su
posterior ensamblaje. Este procedimiento permitió mantener el
control
de
la
geometría
durante
el
desarrollo
del
modelo
y
coincide
con
estrategias
de
diseño
asistido
por
computadora
utilizadas previamente en el análisis de puentes y mecanismos
complejos [1], [3], [8], [13].
Fig. 2. Modelado CAD de la sección reticular (SolidWorks).
Fig. 3. Ensamble completo del puente en SolidWorks.
Acciones realizadas:
-
•
Diseño paramétrico de cada miembro estructural.
-
•
Definición de restricciones geométricas.
-
•
Ensamble completo del puente.
-
•
Verificación dimensional y topológica.
El enfoque utilizado es comparable a los procesos de modelado
empleados en mecanismos no ensamblados de impresión
3D
(non-assembly
mechanisms)
documentados
en
TU
Delft
y
ACM [3], [4], [5].
Fig. 4. Verificación geométrica y relaciones de posición.
C.
Análisis estructural mediante elementos finitos.
El
análisis
estático
lineal
se
desarrolló
en
SolidWorks
Simulation empleando elementos tetraédricos sólidos. Se aplicó
una
carga
distribuida
equivalente
a
200
N
sobre
el
tablero,
mientras que los apoyos se fijaron en los extremos del puente,
de
acuerdo
con
procedimientos
estructurales
descritos
en
análisis previos de puentes reales y a escala [1], [2], [15].
Se evaluaron:
•
Tensiones de von Mises,
•
Deformaciones máximas,
•
Distribución de esfuerzos internos,
•
Factor de seguridad para ABS y A36.
La literatura respalda el uso del método de elementos finitos
para estudios estructurales CAD/CAE en el ámbito académico
y
profesional
[14]
–
[16].
Además,
estudios
recientes
en
simulación
de
procesos
FDM
aportan
contexto
sobre
el
comportamiento
mecánico
del
ABS
bajo
condiciones
de
impresión [6], [9].
Fig. 5. Mallado FEM y preparación de condiciones de
frontera.
26
REVISTA INCAING ISSN 24489131 (septiembre-octubre2026) pp 23-32
D.
Fabricación aditiva mediante impresión 3D FDM
El
prototipo
se
fabricó
con
una
impresora
Bambu
Lab
A1
Combo, utilizando filamento ABS de 1.75 mm. Se seleccionó
ABS debido a su mayor resistencia térmica y su mejor respuesta
al impacto respecto al PLA, lo cual coincide con estudios sobre
fabricación
de
mecanismos
impresos
en
una
sola
pieza
y
actuadores 3D [4], [10], [11].
Parámetros principales:
•
Altura de capa: 0.20 mm.
•
Temperatura de boquilla: 245 °C.
•
Temperatura de cama: 100 °C.
•
Relleno: 25%.
•
Orientación horizontal del puente.
•
Velocidad de impresión: 200 mm/s.
Investigaciones recientes sobre impresión auto-soportante (self-
supporting
FDM)
justifican
la
orientación
del
modelo
para
minimizar
soportes
y
reducir
deformaciones
[6].
Estudios
numéricos
en
manufactura
aditiva
a
gran
escala sustentan
la
importancia de la anisotropía y la adhesión interlaminar en ABS
[9].
Fig. 6. Preparación de piezas estructurales (vista 1).
Fig. 7. Preparación de elementos reticulares (vista 2).
Fig. 8. Fabricación de secciones de tablero.
Fig. 9. Fabricación de secciones curvas del puente.
Fig. 10. Impresión de apoyos estructurales.
E.
Ensamble y validación cualitativa del prototipo
Durante la fase final del proyecto se realizó el ensamblaje físico
del
puente
impreso
en
ABS,
verificando
la
integridad
geométrica,
así
como
la
continuidad
de
las
uniones
y
el
comportamiento estructural cualitativo bajo cargas moderadas.
Tal como se muestra en la Figura 11.
27
REVISTA INCAING ISSN 24489131 (septiembre-octubre2026) pp 23-32
Fig. 11. Ensamblaje final.
La
Figura
11
muestra
el
prototipo
completo
junto
con
los
estudiantes
responsables
del
modelado
CAD,
la
simulación
estructural y la fabricación aditiva. Esta evidencia confirma la
coherencia entre el modelo digital y el artefacto físico, además
de
reforzar
el
carácter
didáctico
del
proyecto
al
integrar
herramientas
CAD/CAE
con
manufactura
aditiva,
tal
como
sugieren
trabajos
recientes
en
educación
en
ingeniería
[12],
[17].
El
prototipo
permitió
validar
visualmente
el
patrón
de
deformación
esperado
y
corroborar
las
zonas
críticas
identificadas en los análisis por elementos finitos.
Fig. 12. Prototipo físico del puente tipo Baltimore fabricado en
ABS, junto con los estudiantes responsables del diseño,
simulación y ensamblaje
.
Fig. 13. Prototipo ensamblado del puente Baltimore fabricado
en ABS (vista detallada).
VIII.
RESULTADOS
A.
Evaluación estructural del modelo en acero ASTM
A36 (200 N)
La simulación estática del puente tipo Baltimore considerando
las propiedades mecánicas del acero ASTM A36 bajo una carga
distribuida
de
200
N
mostró
un
comportamiento
estructural
estable y con márgenes amplios de seguridad. En el mapa de
tensiones de von Mises (Fig. 14) se obtuvieron valores:
•
σ_min = 7.27×10³ N/m²
•
σ_max = 7.33×10⁷ N/m² (≈ 73.3 MPa)
Lo anterior se mantiene muy por debajo del límite elástico de
A36
(≈
250
MPa),
confirmando
que
la
estructura
opera
sin
riesgo
de
fluencia,
lo
que
concuerda
con
configuraciones
reticulares en puentes metálicos reportadas en la literatura [1],
[13], [14].
Fig. 14. Tensiones von Mises en acero A36.
Los desplazamientos máximos como se muestran en la Figura
15 fueron mínimos: u_max = 0.1507 mm. Confirmando gran
rigidez estructural.
Fig. 15. Desplazamientos en acero A36.
Mientras
que
las
deformaciones
unitarias
alcanzan
ε_max
≈
2.095×10⁻⁴. Valores característicos de un truss eficiente, donde
predominan
esfuerzos
axiales
de
tensión/compresión
y
la
deformación global es baja.
28
REVISTA INCAING ISSN 24489131 (septiembre-octubre2026) pp 23-32
Fig. 16. Deformación unitaria en acero A36.
Estos valores son consistentes con el comportamiento esperado
de
una
estructura
reticular
rígida,
donde
la
distribución
de
cargas se realiza principalmente mediante esfuerzos axiales de
tensión y compresión, en concordancia con lo reportado para
puentes metálicos similares [2], [13].
B.
Evaluación estructural del modelo en ABS aplicando
la misma carga (200 N)
Con el fin de comparar materiales manteniendo la geometría
constante, se realizó un segundo análisis aplicando 200 N al
modelo en ABS.
Fig. 17. Tensiones von Mises en ABS, 200N.
En
los
desplazamientos
que
se
muestran
en
la
figura
17
se
observa u_max = 11.13 mm.
Confirmando una menor rigidez
estructural que el material anterior.
Fig. 18. Desplazamientos en ABS, 200N.
Las
deformaciones
unitarias
en
ABS
alcanzan
valores
de:
ε_max
≈ 1.647×10⁻2 que equivale a 1.65%
Fig. 19. Deformación unitaria en ABS, 200N.
La magnitud de tensiones es del mismo orden que en el acero
debido
a
la
similitud
geométrica,
sin
embargo,
las
deformaciones
y
desplazamientos
aumentan
~75
veces,
evidenciando:
•
Menor módulo elástico.
•
Mayor flexibilidad.
•
Posible riesgo de inestabilidad por fatiga o fluencia.
Este
comportamiento
coincide
con
propiedades
de
ABS
impreso
por
FDM
reportadas
en
estudios
de
caracterización
mecánica [7], [8], [9].
C.
Ensayo comparativo con carga reducida en ABS (20
N)
Para evitar daño prematuro y estimar el rango funcional seguro
del prototipo real, se simuló una carga menor de 20 N. En este
escenario,
las
tensiones
de
von
Mises
se
ubicaron
en
el
intervalo:
•
σ_min ≈ 5.04×10²
N/m².
•
σ_max ≈ 7.448×10⁶ N/m² (≈ 7.45 MPa)–
diez veces
menor que con 200 N (Fig. 19).
Se muestra que es un valor consistente con propiedades típicas
del
ABS
fabricado
por
FDM,
afectado
por
anisotropía
y
adhesión interlaminar [6], [9]. Observe la figura 19.
Fig. 20. Tensiones Von Mises en ABS.
Mientras que el desplazamiento máximo alcanzó: u_max = 1.49
mm, como se aprecia en la figura 20.
29
REVISTA INCAING ISSN 24489131 (septiembre-octubre2026) pp 23-32
Fig. 21. Desplazamientos en ABS.
Y
la
deformación
unitaria
máxima:
ε_max
≈
2.354×10⁻³.
Observe la figura 21.
Fig. 22. Deformación unitaria en ABS.
Desde la perspectiva del prototipado didáctico, este estudio con
carga
reducida
permite
identificar
un
rango
de
actuación
mecánica donde el modelo puede ser sometido a carga sin daño
inmediato, lo cual es útil para demostraciones en laboratorio y
ensayos
cualitativos,
coherente
con
la
literatura
sobre
ABS
impreso [7], [10], [11].
D.
Comparación integrada A36 vs ABS
La Tabla 1 resume los resultados más representativos para el
acero A36 (200 N) y el ABS (200 N), mostrando la diferencia
de comportamiento entre ambos materiales aún bajo cargas no
equivalentes:
TABLA I.
Comparación estructural A36 200N vs ABS 200N
|
Propiedad
|
A36 (200 N)
|
ABS (200 N)
|
|
σ_max (tensión)
|
7.33×10⁷ N/m²
|
7.56×107
N/m²
|
|
u_max
(desplazamiento)
|
0.1507 mm
|
11.13 mm
|
|
ε_max (strain)
|
2.095×10
⁻
⁴
|
2.354
×
10
⁻
³
|
El ABS presenta ≈75 veces más desplazamiento y ≈10 veces
mayor deformación unitaria, confirmando drástica reducción en
rigidez estructural pese a tensiones similares.
Tabla 2. Comparación estructural A36 200N vs ABS 20N
TABLA 2.
Comparación estructural A36 200N vs ABS 20N
|
Propiedad
|
A36 (200 N)
|
ABS (20 N)
|
|
σ_max (tensión)
|
7.33×10⁷ N/m²
|
7.45×10⁶ N/m²
|
|
u_max
(desplazamiento)
|
0.1507 mm
|
1.49 mm
|
|
ε_max (strain)
|
2.095×10
⁻
⁴
|
2.354
×
10
⁻
³
|
Este escenario permite validar el prototipo impreso sin daño,
útil para prácticas académicas.
E.
Validación cualitativa con el prototipo impreso
La
impresión
del
puente
en
ABS
permitió
corroborar
visualmente zonas donde las simulaciones predijeron mayores
tensiones.
Las
fotografías
documentadas
confirman
correspondencia entre:
•
Geometría CAD vs pieza física.
•
Mapa de tensiones vs observación real.
•
Deformación simulada vs flexibilidad percibida.
Este
cierre
experimental
fortalece
la
validez
del
análisis
mediante elementos finitos.
IX.
DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos muestran que la respuesta estructural
del
puente
Baltimore
depende
en
gran
medida
del
material
empleado, aun cuando la geometría y las condiciones de carga
permanecen constantes. En el caso del
acero ASTM A36, la
tensión
máxima
registrada
(73.3
MPa)
se
mantuvo
muy
por
debajo
del
límite
elástico
del
material,
mientras
que
el
desplazamiento (0.1507 mm) y la deformación unitaria (2.09 ×
10⁻⁴)
fueron
reducidos.
Este
comportamiento
confirma
la
capacidad
de
la
configuración
Baltimore
para
transmitir
las
cargas
principalmente
mediante
esfuerzos
axiales,
minimizando
la
deformación
global
de
la
estructura,
como
también se ha documentado para puentes reticulares metálicos
[1], [2], [13], [14].
El análisis del modelo fabricado en ABS mostró una respuesta
diferente. Aunque las tensiones alcanzaron valores del mismo
orden de magnitud que en el acero, el desplazamiento aumentó
hasta 11.13 mm y la deformación unitaria fue aproximadamente
un orden de magnitud
mayor (2.354 × 10⁻³). Esta diferencia
pone de manifiesto que la geometría, por sí sola, no garantiza
un comportamiento estructural equivalente cuando cambian las
propiedades
mecánicas
del
material.
En
este
caso,
la
menor
rigidez
del
ABS
y
la
anisotropía
inherente
al
proceso
FDM
explican
el
incremento
de
la
deformación
observado,
en
concordancia con lo reportado por otros autores [6], [7], [9].
Las deformaciones obtenidas con una carga de 200 N hicieron
evidente que esa condición no era adecuada para la evaluación
experimental del prototipo. Por ello, se consideró un segundo
escenario con 20 N, suficiente para conservar la integridad de
la pieza y analizar su respuesta sin riesgo inmediato de falla.
Bajo
esta condición, el
desplazamiento
máximo disminuyó a
1.49 mm y la tensión se redujo a aproximadamente 7.45 MPa,
30
REVISTA INCAING ISSN 24489131 (septiembre-octubre2026) pp 23-32
valores compatibles con el uso del prototipo en actividades de
laboratorio y demostraciones académicas.
La comparación entre los modelos A36-200 N y ABS-200 N
permite apreciar con claridad la influencia del material sobre la
rigidez
de
la
estructura.
A
pesar
de
que
las
tensiones
permanecieron en un rango similar, el puente fabricado en ABS
presentó un desplazamiento cercano a 75 veces el obtenido para
el acero. Esta diferencia confirma que la respuesta estructural
está determinada tanto por la configuración geométrica como
por las propiedades mecánicas del material, aspecto que debe
considerarse
al
utilizar
polímeros
impresos
en
aplicaciones
experimentales o didácticas.
En conjunto, los resultados obtenidos muestran que el puente
Baltimore
conserva
su
eficiencia
geométrica
independientemente
del
material
empleado;
sin
embargo,
la
capacidad para limitar las deformaciones depende directamente
de
la
rigidez
del
material
utilizado.
Desde
una
perspectiva
educativa,
la
combinación
del
análisis
numérico
con
el
prototipo
físico
facilita
la
interpretación
del
comportamiento
estructural
y
ofrece
una
alternativa
accesible
para
apoyar
la
enseñanza del diseño asistido por computadora, el análisis por
elementos
finitos
y
la
manufactura
aditiva.
Asimismo,
el
estudio abre la posibilidad de incorporar en trabajos posteriores
variables como
la orientación de impresión, el porcentaje de
relleno,
la
optimización
topológica
o
la
evaluación
de
materiales compuestos.
X.
CONCLUSIONES
La
comparación
entre
los
modelos
desarrollados
en
acero
ASTM A36 y ABS mostró que la geometría del puente, por sí
sola, no determina su desempeño estructural. Con una carga de
200 N, el modelo en acero mantuvo desplazamientos reducidos
y tensiones muy por debajo de su límite elástico, mientras que
el
prototipo
en
ABS
experimentó
deformaciones
significativamente
mayores
debido
a
la
menor
rigidez
del
material.
Estos
resultados
evidencian
que
la
selección
del
material
resulta
determinante
cuando
se
busca
limitar
la
deformación de este tipo de estructuras.
Los ensayos realizados con una carga de 20 N mostraron que el
prototipo
podía
manipularse
y
evaluarse
sin
presentar
deformaciones
que
comprometieran
su
funcionamiento.
Bajo
estas
condiciones,
el
modelo
impreso
reprodujo
de
manera
consistente
las
tendencias
observadas
en
la
simulación,
confirmando
su
utilidad
como
apoyo
para
actividades
de
laboratorio
y
para
la
interpretación
del
comportamiento
estructural.
La
comparación
entre
los
resultados
de
la
simulación
y
el
comportamiento del prototipo permitió integrar, en un mismo
ejercicio, las etapas de diseño, análisis y fabricación del puente.
Más
allá
de
validar
el
modelo
estructural,
esta
metodología
ofreció
a
los
estudiantes
una
experiencia
cercana
al
flujo
de
trabajo utilizado habitualmente en el desarrollo de proyectos de
ingeniería.
A partir de los resultados obtenidos se concluye que:
1.
La
configuración
Baltimore
mantiene
una
distribución
eficiente
de
cargas
y
un
comportamiento
estructural
adecuado cuando se fabrica en acero ASTM A36.
2.
El ABS permite fabricar prototipos funcionales para fines
académicos, aunque su menor rigidez limita su uso bajo
cargas equivalentes a las consideradas para el acero.
3.
La carga de 20 N representa una condición adecuada para
la evaluación experimental del prototipo impreso.
4.
La
metodología
propuesta
integra
de
manera
efectiva
diseño asistido por computadora, simulación estructural y
manufactura aditiva en un mismo proceso formativo.
5.
Como
trabajo
futuro,
resulta
de
interés
analizar
la
influencia de la orientación de impresión, el porcentaje de
relleno,
la
optimización
topológica
y
el
empleo
de
materiales
compuestos
sobre
la
respuesta
estructural
del
puente.
AGRADECIMIENTOS
Los
autores
expresan
su
agradecimiento
al
Tecnológico
Nacional de México / Instituto Tecnológico José Mario Molina
Pasquel
y
Henríquez,
Unidad
Académica
Tamazula,
por
el
apoyo
institucional
brindado
para
la
realización
de
este
proyecto.
Se
reconoce
también
la
orientación
académica
del
personal docente que acompañó el desarrollo del modelado, la
simulación
estructural
y
la
fabricación
del
prototipo.
Finalmente, se agradece a los estudiantes participantes por su
compromiso,
colaboración
y
dedicación
durante las
distintas
etapas del trabajo.
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