Cómo la impresión 3D y los prototipos de mecanizado CNC hacen que los coches más rápidos sean aún más rápidos

El Hennessey Venom GT acaba de alcanzar las 270 MPH en una pista. El Koenigsegg One:1 piensa que eso es lindo. Y eso es porque debería poder alcanzar las 280 MPH. Ah, y puede dar la vuelta a las esquinas como un loco. Bienvenido al nuevo rey de la velocidad y una mirada rápida (sin juego de palabras) a la tecnología utilizada para hacer que estos autos rompan nuevos récords, el mecanizado CNC.

A lo largo de la historia, nuestra especie ha desarrollado una obsesión innata por la velocidad. Ya sean avestruces en la antigüedad, caballos o autos en los tiempos más recientes, las competencias de carreras siempre han alentado a las personas a innovar y obtener una ventaja competitiva sobre sus oponentes. Esto solo se amplificó después de la creación de vehículos automóviles a fines del siglo XIX ^th . siglo. Los entusiastas y los fabricantes se ven impulsados ​​constantemente a innovar y desarrollar automóviles más rápidos, y aquí es donde entran en juego el mecanizado CNC y la impresión 3D. Estas tecnologías de creación de prototipos y baja fabricación permiten a los fabricantes fabricar piezas de automóviles más livianas y precisas con una mejor aerodinámica, lo que ayuda a los automóviles a alcanzar nuevos límites. Antes de sumergirnos en los autos más rápidos de la actualidad, echemos un vistazo a la tecnología que impulsa toda la innovación.

La máquina CNC y la impresora 3D

Las máquinas CNC o controladas numéricamente por computadora son dispositivos electromecánicos que pueden crear prototipos físicos precisos de diseños a través de programas de computadora. La tecnología se desarrolló por primera vez en los años 40 y 50. En aquel entonces, se requerían códigos escritos manualmente para operar estas máquinas. Pero desde la invención de las computadoras, esta tecnología ha llegado a nuevos terrenos. A diferencia de su rival, la impresión 3D, el mecanizado CNC es un proceso sustractivo. Es decir, comienza con un bloque del material preferido y lo corta con precisión a través y alrededor usando múltiples cabezales de herramientas para crear los prototipos 3D deseados. El código de computadora utilizado para esta tecnología en particular se llama G-Code. Su precisión se mide en milésimas de pulgada, que está cerca del ancho de una sola hebra de cabello. Las máquinas CNC se operan en su mayoría con taladros, tornos y fresadoras, siendo esta última la más útil de todas. Los fabricantes pueden utilizar una amplia gama de materiales para el mecanizado CNC en función de su producto.

La impresión 3D o fabricación aditiva es un proceso de creación de objetos sólidos 3D a partir de un archivo CAD digital. La creación de un objeto impreso en 3D se logra mediante procesos aditivos. En un proceso aditivo, se crea un objeto colocando capas sucesivas de material hasta que finalmente se crea el objeto. Cada una de estas capas se puede ver como una sección transversal horizontal en rodajas finas del objeto final. La impresión 3D le permite producir formas complejas (funcionales) utilizando menos material que los métodos de fabricación tradicionales.

Uso de mecanizado CNC e impresión 3D en la industria del automóvil

Las máquinas CNC se utilizan para manipular materiales como el acero y el aluminio para fabricar una variedad de piezas de automóviles como los pistones del motor, los discos de freno, las partes de la carrocería, etc. con extrema precisión. Por lo general, los fabricantes primero diseñarán prototipos utilizando impresoras 3D y luego los procesarán en la máquina CNC a través de G-Code. Estos prototipos de mecanizado CNC luego experimentan con diferentes diseños, lo que permite a los fabricantes desarrollar el mejor diseño para la máxima velocidad y eficiencia de sus vehículos. La precisión de la máquina también ayuda a eliminar cualquier peso excesivo e innecesario, lo que permite que los coches sean más ligeros y rápidos.

Hay partes y componentes de un automóvil, como una caja de cambios, un chasis o el eje motriz, que son tan intrincados en su diseño que puede resultar increíblemente difícil procesar y producir estos componentes a través del trabajo manual. Mediante el mecanizado CNC y los prototipos de impresión 3D, estas piezas se pueden producir en una fracción del tiempo con la máxima eficiencia, siempre que se cuente con la codificación adecuada.

Las cuatro fases de la producción de automóviles; el estampado, la soldadura, la pintura y el ensamblaje pueden ser controlados y operados por las máquinas herramienta CNC, hasta el punto en que no se requiere la intervención humana. Esto se puede observar en la nueva fábrica de Tesla, donde se han basado casi por completo en la automatización, independientemente de las críticas del público.

Las marcas de autos deportivos de alta gama como Bugatti, Pagani y Ferrari dependen del más mínimo cambio para lograr el punto de referencia deseado. El peso de los componentes y la aerodinámica de un vehículo juegan un papel importante en el logro de estos puntos de referencia. Aquí es donde el mecanizado CNC se vuelve extremadamente útil, así como el uso de fibra de carbono ultraligera. La impecable precisión de estas máquinas hace posible los intrincados diseños de estos autos deportivos, creando los autos más rápidos que cautivan al mundo.

El modelo más nuevo de CNC, que puede operar en 5 ejes diferentes, acelera la producción más allá de cualquier otra cosa. Estas innovaciones pueden resolver los problemas a los que se enfrentan empresas como Tesla con su límite de producción, ya que la oferta es relativamente escasa en comparación con la demanda.

Es una práctica común que las grandes empresas confíen en el mecanizado CNC para su fabricación y eliminan cualquier posibilidad de error humano en el proceso. Porsche incluso ha hecho un esfuerzo adicional al diseñar su 911 Spyder completamente con CAD (diseño asistido por computadora), una forma de mecanizado CNC.

Aunque las máquinas CNC existen desde hace décadas, siguen siendo bastante caras, por lo que los fabricantes más pequeños no siempre pueden confiar en ellas y aquí es donde las impresoras 3D se han vuelto útiles. La máquina CNC utiliza una variedad de cabezales de herramientas para ejecutar una multitud de tareas, que pueden generar costos inmensos. Pero la precisión y la eficiencia de las máquinas CNC es incomparable a cualquier otra alternativa. Echemos un vistazo a cómo las máquinas CNC y la tecnología de impresión 3D han ayudado a hacer el automóvil más rápido en la carretera hoy.

Los Agera R y Agera S de Koenigsegg no son lo que llamarías autos dóciles y aburridos, ya que cuentan con más de 1,000 caballos de fuerza y ​​​​son muy livianos. Hace unos años, el líder de su equipo de producción, Christian, escuchó rumores de lo que vendría de Porsche, Ferrari y McLaren. Quería estar preparado con algo que pudiera enfrentarse a ellos.

El Koenigsegg One:1 tiene 1360 caballos de fuerza a 7500 RPM (8250 líneas rojas) y 1000 NM (737 lb-ft) de torque de 3000 a 7500 RPM de una versión revisada del V8 turbocargado de 5.0 litros de Koenigsegg. Eso es mucho, como una cantidad loca.

Christian dice que les gusta llamar al One:1 el primer "megaauto" del mundo. No porque no se ajuste a una clase, sino porque 1360 caballos de fuerza equivalen a 1 megavatio. Podría generar más potencia con más impulso, pero querían lograr un equilibrio que equivaliera a más capacidad de conducción y respuesta. El objetivo de Christian era un motor que funcionara a todo vapor alrededor de las 2500 RPM, un turbo de mayor impulso lo habría retrasado hasta las 4000 RPM. La curva de torsión del One:1 es simplemente fascinante. No es totalmente plano, pero está muy cerca.

También utiliza un nuevo turbocompresor de geometría variable con algo que no escucha todos los días:las partes internas están impresas en 3D. Eso les ayudó a lograr la forma que querían, además de mantener el peso bajo.

Además de las partes internas del turbocompresor, se usa impresión 3D en la punta de escape.

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De hecho, esta punta de escape es la pieza de titanio impresa en 3D más grande jamás construida. En realidad, se necesitan tres días completos para producir. Eso sería increíblemente ineficiente para un automóvil producido en masa, pero en realidad funciona a favor de un fabricante personalizado como Koenigsegg. En lugar de tratar con proveedores costosos que son demasiado complejos para obtener solo seis piezas, la impresión 3D les permite controlar su flujo de trabajo.

Por fuera, el monocasco se parece al del Agera, pero el One:1 utiliza un tejido de fibra de carbono completamente nuevo que podría ser hasta un 40 % más ligero que el tejido del Agera. De hecho, esta nueva generación de fibra de carbono es la misma que se ve en los nuevos autos de F1. La fibra de carbono es tan ligera como una pluma y cambia las reglas del juego en estos autos ultrarrápidos.

Ahora agárrate a tu asiento, ya que aquí es donde Koenigsegg está entrando en aguas desconocidas. Por primera vez, la pequeña empresa de Angelholm utiliza aerodinámica activa. En la parte inferior de la parte delantera, se agregan cortes a la fibra de carbono para debilitarla. Luego están los actuadores hidráulicos que en realidad se utilizan para doblar la fibra de carbono y dirigir el aire a través de la carrocería y fuera del capó. Cuando el automóvil está en el modo de velocidad máxima, las aletas se cierran para reducir la carga aerodinámica y hacerlo lo más sigiloso posible.

Pásame la fibra de carbono, por favor. Todo, sí, todo es fibra de carbono. Los asientos, las ruedas, la carrocería, la celda de seguridad monocasco, incluso los parasoles son de fibra de carbono, lo que según Christian les ahorró unos 100 gramos cada uno. El punto es que puede no parecer mucho, pero cada poquito cuenta aquí.

Así es como el One:1 pesa 1.360 kilogramos. Y eso no es peso seco. Está con medio tanque de gasolina y todos los demás líquidos llenos. Verdaderamente una hazaña asombrosa.

Sin embargo, el Koenigsegg 1 se hizo cargo el año pasado cuando Bugatti recuperó su título de auto más rápido con el lanzamiento de su Chiron. Para ver volar a este bebé, mira este video de los diez autos más rápidos fabricados https://www.youtube.com/watch?v=73V0Y1HL6G8.

Apostaría mi dinero a que Christian y su equipo se lancen nuevamente a la pole position en el transcurso del próximo año y el mecanizado CNC esté detrás de eso.