Cómo utilizan la impresión 3D cinco importantes fabricantes de automóviles

3ERP ha cubierto muchas de las diferentes formas en que los fabricantes de automóviles se benefician de las ventajas que trae la impresión 3D a la vanguardia. A medida que la tecnología se afianza cada vez más en la industria automotriz, muchas empresas toman nota, pero muchas la utilizan en diferentes capacidades y para varios propósitos. Estas necesidades pueden abarcar cualquier cosa, desde herramientas hasta piezas de repuesto/gestión de la cadena de suministro, piezas de uso final e incluso automóviles completos.

Es interesante ver hasta dónde ha llegado la tecnología, cómo la emplean los grandes nombres de la industria y hacia dónde la ven para sus futuras cadenas de producción. Este artículo tiene como objetivo proporcionar información sobre las muchas formas en que algunos de los mayores fabricantes de automóviles del mundo utilizan la impresión 3D en su flujo de trabajo.

BMW

Como la mayoría de las impresiones 3D se utilizan para tiradas de producción de menor volumen, hay mucho espacio para la personalización y la adición de complejidad utilizando los elementos únicos que permite la impresión 3D. BMW no es ajeno a tales formas de diseño y fabricación, empleando la impresión 3D en el predesarrollo, la validación y prueba de vehículos, o en prototipos y autos de exhibición. Emplean la tecnología para volúmenes más grandes, pero las tiradas de producción más pequeñas les permiten personalizar los productos exactamente según las necesidades de sus clientes.

La empresa ha sido prolífica en el uso de la fabricación aditiva, señalando que potencialmente ven "un gran potencial futuro para la producción en serie y nuevas ofertas para los clientes ” (según los expertos de BMW en Alemania). Han estado utilizando la tecnología para mejorar los componentes de plástico y metal. Han estado trabajando con HP para producir productos en sus sistemas de fabricación a gran escala.

Como muchas otras empresas en esta lista, BMW lo ha estado utilizando como un medio para producir piezas que otras tecnologías no pueden crear. Un buen ejemplo de esto es la cubierta superior del i8 Roadster. Hacer el montaje de este componente no habría sido posible utilizando un proceso de fundición tradicional. Además de ampliar las posibilidades de diseño, la pieza de automóvil impresa en 3D es más duradera y también pesa menos que las iteraciones anteriores.

De manera similar, BMW presentó el corredor de Fórmula E iFE.20 con un eje de enfriamiento impreso en 3D fabricado con fibras de lino. La pieza se mostró a finales de 2019. En comparación con los materiales de carbono habituales, el lino tiene una mayor absorción y una mayor resistencia a los impactos, lo que puede resultar ventajoso en los circuitos urbanos con sus baches y barreras de choque, en los que se desarrolla la Fórmula E. Esto lo convirtió en el primer auto de carreras de BMW presentado por un equipo de trabajo con piezas hechas de fibras textiles renovables, lo que también lo hace ecológico.

Guantes de BMW con pulgar protegido

La empresa también utiliza la impresión 3D para herramientas y seguridad. Un buen ejemplo de ello son los guantes especializados que utilizan para rematar los tapones de los agujeros de desagüe. Estos tapones deben colocarse manualmente con los dedos del ingeniero, lo que significa mucha tensión en los pulgares. Por suerte, se les ocurrió la solución impresa en 3D que podía colocarse en los guantes de trabajo.

Incluso aparte de su trabajo en sus propios automóviles, los ingenieros de la empresa han estado echando una mano en proyectos externos. Un ejemplo es el desarrollo de los asientos impresos en 3D a medida para el equipo de baloncesto de los Juegos Paralímpicos Británicos. Usando escaneos corporales en 3D y lo último en fabricación aditiva, los ingenieros de BMW construyeron una flota completa de sillas de ruedas que permiten a los jugadores mostrar un nivel más avanzado de destreza atlética.

Vado

Plantillas y accesorios de Ford

En lo que respecta al compromiso con la impresión 3D, Ford está corriendo de cabeza para adoptar la tecnología. La empresa instaló un centro de fabricación aditiva y empleó sus operaciones ampliamente en sus flujos de trabajo. En cuanto a la creación de impresiones de plástico y metal, han tenido una asociación de larga duración con varias empresas, como Ultimaker, Stratasys y GE Additive, que proporcionan máquinas para todo tipo de aplicaciones AM en toda la cadena de producción.

También utilizan la impresión 3D para reducir los costes y el tiempo de las herramientas, ya que la empresa descubrió que era más rápido fabricar sus propias piezas en las instalaciones en lugar de esperar a los proveedores y otras cosas por el estilo. También aplican estos mismos principios a plantillas y accesorios, que desarrollan en instalaciones de todo el mundo.

Han ampliado sus operaciones de impresión 3D en el transcurso de las últimas décadas, fabricando componentes de metal y plástico. Como afirma la empresa:“En las últimas décadas, Ford ha impreso más de 500 000 piezas y ha ahorrado miles de millones de dólares y millones de horas de trabajo. Mientras que producir un prototipo con métodos tradicionales habría tomado de 4 a 5 meses y costaría $ 500,000, una pieza impresa en 3D se puede producir en cuestión de días u horas a un costo de unos pocos miles de dólares ”.

Del mismo modo, las diversas subsidiarias de Ford han estado mostrando sus habilidades AM, sobre todo los equipos de diseño detrás del Shelby GT500. Este año, imprimieron en 3D los diseños más prometedores para el nuevo GT500 en cuestión de días, lo que aceleró enormemente las etapas de mejora y prueba. Este ritmo les permite modificar rápidamente el Shelby GT500 poco a poco, incorporando nuevos diseños físicos a velocidades vertiginosas. También desarrollaron un nuevo diseño híbrido de spoiler-wing que el equipo llama "el columpio". Este nuevo diseño es un factor destacado en las impresionantes capacidades aerodinámicas del GT500.

Motor EcoBoost

La compañía estableció otro hito importante en la impresión 3D en febrero. Su división Ford Performance, que se ocupa de componentes de alto rendimiento, imprimió en 3D lo que afirman que es la pieza automotriz de metal más grande para un vehículo funcional en la historia del automóvil. La pieza metálica se instaló en el Hoonitruck, un Ford F-150 de 1977 con un motor V6 EcoBoost biturbo de 3,5 litros. La pieza en sí es una entrada de colector de aluminio, impresa con Concept Laser X LINE 2000R de GE Additive.

Volvo

Si bien no es el usuario más destacado de la impresión 3D automotriz, Volvo ha logrado grandes avances en este frente en los últimos años. Al igual que muchas de las otras empresas de esta lista, Volvo ha estado utilizando la impresión 3D para la gestión de herramientas y la cadena de suministro. El uso de la impresión 3D ha sido particularmente útil para reabastecer las máquinas de la empresa con nuevas impresiones para piezas fuera de producción. Volvo utiliza principalmente piezas de plástico impresas en 3D y está pensando en la implementación de piezas de metal en un futuro próximo.

A partir de 2018, la empresa utilizaba la fabricación aditiva principalmente para la creación de prototipos y herramientas. “Como solo necesitamos producir pequeños volúmenes de piezas para la creación de prototipos, es una buena manera de ver qué funciona”, dice Fredrick Andersson, ingeniero de desarrollo para la instalación del tren motriz de cargadores de ruedas en Volvo CE [equipos de construcción]. “Tenemos mucho conocimiento y podemos hacer cambios de forma rápida y sencilla con la impresión 3D. Y debido a esto, significa que el tiempo de comercialización de un nuevo producto es más rápido, por lo que es de gran beneficio para nuestra empresa .”

La mayor velocidad de creación de prototipos ha sido de gran ayuda para la empresa, como lo demuestran varias tecnologías nuevas que estaban probando. Por ejemplo, los ingenieros de Volvo diseñaron nuevas carcasas de bombas de agua para los vehículos A25G y A30G de la empresa. Ejecutaron simulaciones como un medio para optimizar el diseño de los pasajes de flujo interno en la carcasa, pero necesitaban construir un prototipo para realizar pruebas funcionales para validar el nuevo diseño. El costo de las herramientas para este proyecto habría sido de aproximadamente $9,090, con un costo de la pieza de alrededor de $909. El plazo de entrega para producir el prototipo habría sido de 20 semanas como mínimo. Por otro lado, la impresión 3D del prototipo costó $770 y tomó solo dos semanas.

Sin embargo, en 2019, la empresa subió la apuesta en términos de sus procesos AM, particularmente con su sucursal Volvo Trucks. Su planta de New River Valley (NRV) en Dublin, Virginia, ocupó bastantes titulares este año entre el mundo de la fabricación. Usan principalmente SLS, pero también han incursionado en otros métodos AM. Esta instalación en particular produce más de 500 herramientas y accesorios de fabricación en uso en el taller producidos mediante impresión 3D. La instalación también es un centro importante para la ingeniería automotriz de América del Norte.

Aparte de los automóviles comerciales, la empresa también desarrolla equipos de construcción. Efectivamente, la impresión 3D también ha dejado su huella en este aspecto de las operaciones de la empresa. Volvo aplicó la impresión 3D en la remodelación de sus camiones de transporte articulados y, por lo tanto, redujo el costo de creación de prototipos en una décima parte. Esto también les permitió reducir el tiempo empleado de 20 a solo 2 semanas.

GM

General Motors y sus otras sucursales son los principales usuarios (y desarrolladores) de la tecnología de impresión 3D. A partir de 2018, GM estaba ahorrando $ 300,000 al año en herramientas y está avanzando lo suficiente hacia el desarrollo de nuevas tecnologías que utilizan fuentes de combustible alternativas. El fabricante de automóviles líder anunció el año pasado que planea lanzar 20 nuevos modelos eléctricos y de pila de combustible en todo el mundo para el año 2023.

Aunque sus operaciones de impresión 3D se han basado en gran medida en la creación de prototipos, se están expandiendo. Además, la empresa planea ampliar sus operaciones de impresión para producir "decenas de miles de piezas a escala a medida que la tecnología mejora ”, según Kevin Quinn, director de diseño y fabricación aditivos de GM. Es probable que este plan se desarrolle en los próximos 5 años.

El Warren Tech Center de la empresa produce aproximadamente 30 000 prototipos cada año. Las piezas constan de al menos nueve tipos de materiales, empleando combinaciones de plásticos y metales y polvos. Se utilizan principalmente para la creación de prototipos, pero la empresa también está buscando piezas de uso final. También son copropietarios de los laboratorios HRL con Boeing, que terminó produciendo una aleación de aluminio impresa en 3D.

Dan Grieshaber, director de integración de fabricación global de GM, afirmó que la mayoría de las fábricas de GM ahora tienen impresoras 3D. La compañía planea aumentarlo aún más, al menos dentro de sus fábricas de América del Norte. Es probable que la medida le ahorre a GM millones de dólares en costos de producción anualmente. GM ha sido durante mucho tiempo un inversor en la impresión 3D y sus diversas tecnologías de sub-rama. Lo están aplicando para la construcción rápida de herramientas y accesorios para los trabajadores en sus plantas. Solo este año, la empresa declaró que la implementación de una máquina de impresión 3D de $35 000 le ha ahorrado $300 000 en dos años. Si bien la producción de herramientas es el papel principal que desempeña la impresora, es posible que la empresa aumente el papel de la fabricación aditiva en sus operaciones diarias.

Soporte de GM desarrollado en colaboración con Autodesk

Su asociación con Autodesk ha sido beneficiosa en la fabricación de piezas ligeras impresas en 3D que podrían ayudar al fabricante de automóviles a cumplir sus objetivos de agregar vehículos de combustible alternativo a su línea de productos. También como parte de esta misma colaboración, en 2019 ambas compañías exhibieron un soporte de asiento impreso en 3D fabricado en acero inoxidable y desarrollado con la tecnología de Autodesk.

A principios de 2019, GM buscaba una aplicación de diseño nueva y novedosa para la impresión 3D. En colaboración con Michelin, buscaban producir un nuevo tipo de neumático con una durabilidad superior. El neumático Uptis todavía es un trabajo en progreso, pero las compañías han pasado a la fase de prueba. Afirman que los neumáticos serían 100 por ciento sostenibles, resistentes y capaces de durar aún más. También son una alternativa mucho más ecológica, con menos residuos durante la producción. Recientemente, los ingenieros estaban utilizando una flota de Chevrolet Bolt EV para probar los nuevos neumáticos en Michigan y han planteado la posibilidad de ponerlos a disposición del público en 2024.

Porche

Porsche ha estado utilizando la impresión 3D para una variedad de propósitos diferentes, desde componentes principales hasta reinventar la cadena de suministro para sus modelos más antiguos. Actualmente, Porsche está utilizando la impresión 3D para producir piezas de repuesto muy específicas, pero no de forma tan amplia. Esto se debe a los estrictos estándares de calidad que deben llevar a cabo para garantizar que la seguridad esté a la altura. La compañía también trabaja con un menor número total de unidades producidas, ya que son más de la marca de automóviles clásicos y de lujo.

Para el desarrollo de componentes fuera de producción, como la palanca de liberación del embrague en el Porsche 959, la empresa emplea la fusión por láser. Hacen uso de acero para herramientas en polvo y extraen la pieza de manera mucho más eficiente de lo que sería posible con métodos alternativos.

El uso de la impresión 3D también ha permitido a la empresa avanzar hacia la impresión bajo demanda, lo que permite costos mucho más bajos asociados con los materiales, el transporte y el almacenamiento. Esto también es beneficioso ya que estas piezas no tienen una mayor demanda y, a menudo, son costosas de mantener en producción constante. Es bien sabido que Porsche ha estado trabajando con Markfordged para revivir estas piezas clásicas.

Principalmente, utilizan SLM y SLS para las distintas piezas que necesitan producir. Porsche ha declarado que las piezas impresas en 3D son superiores a las más antiguas en muchos casos. Si bien actualmente están imprimiendo una cantidad limitada de piezas, han estado ampliando la cartera desde 2018 y probando componentes futuros.