5 Principales Fabricantes de Automóviles que Aprovechan la Impresión 3D para Revolucionar la Producción

3ERP ha cubierto muchas de las diferentes formas en que los fabricantes de automóviles se benefician de las ventajas que la impresión 3D trae al primer plano. A medida que la tecnología gana un apoyo más mainstream dentro de la industria del automóvil, muchas empresas están tomando nota, pero muchas la usan en diferentes capacidades y para diversos propósitos. Estas necesidades pueden abarcar cualquier cosa, desde herramientas hasta repuestos/gestión de cadena de suministro, piezas de uso final e incluso coches 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 pretende proporcionar información sobre las muchas formas en que algunos de los mayores fabricantes de automóviles del mundo usan la impresión 3D en su flujo de trabajo.

BMW

Como la mayor parte de la impresión 3D se usa para tiradas de producción de menor volumen, hay mucho espacio para personalización y añadir complejidad usando los elementos únicos que la impresión 3D permite. BMW no es ajeno a tales formas de diseño y fabricación, empleando impresión 3D en pre-desarrollo, validación y pruebas de vehículos, o en coches concepto y de exhibición. Emplean la tecnología para volúmenes mayores, pero tiradas de producción más pequeñas les permiten personalizar productos precisamente a las necesidades de sus clientes.

La empresa ha sido prolífica en su uso de fabricación aditiva, señalando que potencialmente ven «gran potencial futuro para producción en serie y nuevas ofertas al cliente» (según expertos de BMW en Alemania). Han estado usando la tecnología para mejorar tanto componentes plásticos como metálicos. Han trabajado más famosamente con HP para producir productos en sus sistemas de fabricación a gran escala.

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

De manera similar, BMW presentó el iFE.20 de Fórmula E con un eje de refrigeración impreso en 3D fabricado con fibras de lino. La pieza se mostró a finales de 2019. Comparado con los materiales de carbono habituales, el lino tiene mayor absorción y mayor resistencia al impacto, lo que puede ser ventajoso en los circuitos urbanos con sus baches y barreras de choque, donde tiene lugar la Fórmula E. Esto lo convirtió en el primer coche de carreras de BMW desplegado por un equipo de trabajo con piezas hechas de fibras textiles renovables, también haciéndolo ecológico.

Guantes de BMW con Pulgar Protegido

La empresa usa impresión 3D para utillaje y seguridad también. Un buen ejemplo son los guantes especializados que usan para terminar los tapones de agujeros de drenaje. Estos tapones tienen que colocarse manualmente con los dedos del ingeniero, lo que significa mucha tensión en los pulgares. Por suerte, idearon la solución impresa en 3D que podía acoplarse a los guantes de trabajo.

Incluso aparte de su trabajo en sus propios automóviles, los ingenieros de la empresa han prestado ayuda a proyectos externos. Un ejemplo es el desarrollo de asientos impresos en 3D a medida para el equipo británico de baloncesto en silla de ruedas paralímpico. Usando escaneos corporales 3D y lo último en fabricación aditiva, los ingenieros de BMW construyeron toda una flota de sillas de ruedas permitiendo a los jugadores mostrar un nivel atlético más avanzado.

Ford

Utillaje y Fijaciones de Ford

En cuanto a compromiso con la impresión 3D, Ford va a toda marcha abrazando la tecnología. La empresa creó un centro de fabricación aditiva y empleó sus operaciones extensamente en sus flujos de trabajo. En términos de creación de impresiones plásticas y metálicas, han tenido una asociación de larga data con varias empresas como Ultimaker, Stratasys y GE Additive, que proporcionan máquinas para todo tipo de aplicaciones AM a lo largo de la cadena de producción.

También usan impresión 3D para reducir coste y tiempo en utillaje, ya que la empresa encontró que era más rápido hacer sus propias piezas en la instalación que esperar a proveedores y cosas así. También aplican estos mismos principios a utillajes y fijaciones (jigs and fixtures), que desarrollan en instalaciones por todo el mundo.

Han expandido sus operaciones de impresión 3D a lo largo de las últimas décadas, fabricando componentes tanto metálicos como plásticos. Como declara la empresa: «En las últimas décadas, Ford ha impreso bien más de 500.000 piezas y ahorrado miles de millones de dólares y millones de horas de trabajo. Donde habría tomado 4-5 meses y costado 500.000 $ producir un prototipo con métodos tradicionales, una pieza impresa en 3D puede producirse en cuestión de días u horas a un coste de unos pocos miles de dólares».

De manera similar, varias subsidiarias de Ford han mostrado sus habilidades en AM, notablemente 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 inmensamente las etapas de mejora y prueba. Este ritmo les permite ajustar rápidamente el Shelby GT500 poco a poco, trayendo nuevos diseños físicos a velocidad vertiginosa. También desarrollaron un nuevo diseño híbrido alerón-ala que el equipo llama 'el swing'. Este nuevo diseño es un factor prominente en las impresionantes capacidades aerodinámicas del GT500.

Motor EcoBoost

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

Volvo

Aunque no es el usuario más prominente de impresión 3D automotriz, Volvo ha dado grandes pasos en este frente en años recientes. Al igual que muchas otras empresas en esta lista, Volvo ha estado usando impresión 3D para utillaje y gestión de cadena de suministro. El uso de impresión 3D ha sido particularmente útil para reabastecer las máquinas de la empresa con nuevas impresiones de piezas fuera de producción. Volvo usa principalmente piezas plásticas impresas en 3D y mira hacia la implementación de piezas metálicas en el futuro próximo.

En 2018, la empresa usaba fabricación aditiva principalmente para prototipado y utillaje. «Como solo necesitamos producir bajos volúmenes de piezas para prototipado, es una buena forma de ver qué funciona», dice Fredrick Andersson, Ingeniero de Desarrollo para Instalación de Tren de Potencia de Cargadores de Ruedas en Volvo CE [equipos de construcción]. «Tenemos mucho conocimiento y podemos hacer cambios rápida y fácilmente con impresión 3D. Y por esto, significa que el tiempo de comercialización para un nuevo producto es más rápido, así que es de gran beneficio para nuestra empresa».

La mayor velocidad de prototipado ha sido masivamente útil para la empresa, como prueban varias nuevas tecnologías que estaban probando. Por ejemplo, ingenieros de Volvo diseñaron nuevas carcasas de bomba de agua para los vehículos A25G y A30G de la empresa. Ejecutaron simulaciones para optimizar el diseño de pasajes de flujo interno en la carcasa, pero necesitaban construir un prototipo para realizar pruebas funcionales y validar el nuevo diseño. El coste de utillaje para este proyecto habría sido aproximadamente 9.090 $, con el coste de pieza alrededor de 909 $. El plazo para producir el prototipo habría sido mínimo 20 semanas. Por otro lado, imprimir el prototipo en 3D 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 rama Volvo Trucks. Su planta New River Valley (NRV) en Dublin, Virginia hizo bastantes titulares este año en el mundo de la fabricación. Principalmente usan SLS pero también han incursionado en otros métodos AM. Esta instalación en particular produce más de 500 herramientas y fijaciones de fabricación en uso en la planta producidas usando impresión 3D. La instalación también es un centro importante para la ingeniería automotriz norteamericana.

Además de automóviles comerciales, la empresa también desarrolla equipos de construcción. Seguro, la impresión 3D también ha dejado su marca en este aspecto de las operaciones de la empresa. Volvo aplicó impresión 3D en re-utillaje de sus camiones articulados, reduciendo así el coste de prototipado a una décima parte. Esto también les permitió reducir el tiempo de 20 a solo 2 semanas.

GM

General Motors, y sus varias otras ramas, son usuarios (y desarrolladores) principales de tecnología de impresión 3D. En 2018, GM ahorraba 300.000 $ al año en utillaje y está haciendo avances suficientes hacia el desarrollo de nuevas tecnologías usando fuentes de combustible alternativas. El principal fabricante anunció el año pasado que planea lanzar 20 nuevos modelos eléctricos y de pila de combustible globalmente para 2023.

Aunque sus operaciones de impresión 3D han sido mayormente sobre prototipado, se están expandiendo. La empresa planea escalar 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 aditivo y fabricación en GM. Este plan probablemente se desarrollará en los próximos 5 años.

El Centro Técnico Warren de GM produce aproximadamente 30.000 piezas de prototipo cada año. Las piezas consisten en al menos nueve tipos de materiales, empleando combinaciones de plásticos, metales y polvos. Se usan principalmente para prototipado pero la empresa también mira piezas de uso final. También co-posee laboratorios HRL con Boeing, que terminaron produciendo una aleación de aluminio impresa en 3D.

Dan Grieshaber, director de integración de fabricación global de GM, declaró que la mayoría de fábricas de GM tienen impresoras 3D ahora. La empresa planea aumentarlo aún más, al menos dentro de sus fábricas norteamericanas. El movimiento probablemente ahorrará a GM millones de dólares en costes de producción anualmente. GM ha sido inversor a largo plazo en impresión 3D y sus varias tecnologías de sub-ramas. La están aplicando para construcción rápida de herramientas y accesorios para trabajadores en sus plantas. Justo este año, la empresa declaró que la implementación de una máquina de impresión 3D de 35.000 $ ha ahorrado a la empresa 300.000 $ en dos años. Aunque la producción de utillaje es el papel principal que juega la impresora, puede ser 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 a cumplir sus metas de añadir vehículos de combustible alternativo a su línea de productos. También parte de esta misma colaboración, en 2019 ambas empresas mostraron un soporte de asiento impreso en 3D de acero inoxidable desarrollado con tecnología Autodesk.

A principios de 2019, GM miraba una nueva aplicación de diseño para impresión 3D. En colaboración con Michelin, buscaban producir un nuevo tipo de neumático con durabilidad superior. El neumático Uptis aún está en desarrollo pero las empresas han pasado a la fase de prueba. Afirman que los neumáticos serían 100 % sostenibles, resistentes y capaces de durar aún más. También son una alternativa mucho más verde, con menos desperdicio durante la producción. Recientemente, ingenieros usaron una flota de Chevrolet Bolt EV para probar los nuevos neumáticos en Michigan, y han flotado la posibilidad de hacerlos disponibles al público en 2024.

Porsche

Porsche ha estado usando impresión 3D para una gama de diferentes propósitos, desde componentes mayores hasta reinventar la cadena de suministro para sus modelos antiguos. Porsche actualmente usa impresión 3D para producir piezas de repuesto muy específicas, pero no extensivamente. Esto se debe a los estrictos estándares de calidad que necesitan realizar para asegurar que la seguridad está a la altura. La empresa también trabaja con un número total menor de unidades producidas ya que son más una marca de coches 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 fusión láser. Usan acero para herramientas en polvo y obtienen la pieza mucho más eficientemente que sería posible con métodos alternativos.

El uso de impresión 3D también ha permitido a la empresa moverse hacia impresión bajo demanda, permitiendo costes mucho menores asociados con materiales, transporte y almacenamiento. Esto también es beneficioso ya que estas piezas no tienen mayor demanda y a menudo son costosas de mantener en producción constante. Porsche ha trabajado más famosamente con Markforged en revivir estas piezas clásicas.

Principalmente usan SLM y SLS para las varias piezas que necesitan producir. Porsche ha declarado que las piezas impresas en 3D son superiores a las antiguas en muchos casos. Aunque están imprimiendo un número limitado de piezas actualmente, han estado expandiendo el portafolio desde 2018 y probando componentes futuros.