Cómo Ford Motor Company está innovando la impresión 3D para la industria automotriz:Entrevista de experto con Harold Sears

¿Cómo es el futuro de la producción automotriz? Ford Motor Company puede tener la respuesta.

En el verano de 2018, el fabricante de automóviles abrió su Centro de fabricación avanzada en Michigan. La instalación de 135,000 pies cuadrados, con un valor reportado de $ 45 millones, reúne una variedad de tecnologías, incluidos robots colaborativos, realidad virtual y realidad aumentada.

La impresión 3D también será un enfoque central de la instalación. Como era de esperar, teniendo en cuenta que Ford ha sido uno de los primeros campeones de la impresión 3D, ya que compró la tercera impresora 3D fabricada en 1988.

Hoy en día, la empresa utiliza ampliamente la impresión 3D como parte de su desarrollo de productos y está explorando formas de integrar la tecnología en sus líneas de producción. El Centro de Fabricación Avanzada jugará un papel clave, ya que alberga 23 impresoras 3D industriales.

Con 25 años de experiencia en la industria, Harold Sears es el líder técnico de tecnologías de fabricación aditiva en Ford. Recientemente, hablamos con Sears para obtener más información sobre cómo la empresa está innovando la impresión 3D para la industria automotriz.

Con una carrera tan extensa en la fabricación aditiva, ¿cómo ha visto evolucionar tanto la industria como las tecnologías a lo largo de los años?

En los primeros días, la fabricación aditiva se veía simplemente como una forma de producir modelos conceptuales que la gente pudiera ver. Eso fue todo.

A partir de ahí, evolucionó para ofrecer materiales más duraderos donde se podían fabricar y probar prototipos funcionales.

Desde entonces, la tecnología que se conoció durante muchos años como creación rápida de prototipos ahora se ha convertido en lo que llamamos fabricación aditiva, donde las tecnologías de impresión 3D se utilizan para mucho más que la creación de prototipos.

A medida que los materiales y procesos han progresado y se han desarrollado, la fabricación aditiva se está convirtiendo en una herramienta para ayudar en las aplicaciones de producción y respaldar la producción general. También estamos comenzando a ver algunos de los primeros ejemplos de piezas que se producen para colocar en vehículos de consumo, por lo que ahora las piezas de producción están saliendo de estos sistemas de AM.

La industria ha progresado bastante desde sus inicios. Incluso diría que los últimos cinco años de desarrollo tecnológico se han acelerado mucho más que los primeros 10 a 15 años. La FA se ha vuelto mucho más funcional y forma parte de los procesos de fabricación e ingeniería diarios.

Ford Motor Company fue uno de los primeros en adoptar la fabricación aditiva. ¿Cómo utiliza la empresa AM en la actualidad? ¿Qué valor aporta la tecnología?

La fabricación aditiva definitivamente se ha establecido como un componente clave en nuestro ciclo de desarrollo de productos, apoyando la producción de piezas prototipo y ejercicios de desarrollo en torno a la ingeniería de productos.

Si bien seguimos apoyando el desarrollo de productos y la creación de prototipos (producimos literalmente decenas de miles de piezas por año), más recientemente, hemos estado investigando cómo se puede utilizar la tecnología para respaldar la entorno de fabricación.

Estamos entusiasmados de explorar las formas en que la impresión 3D puede afectar las operaciones de fabricación. Nuestras actividades se centran principalmente en dos áreas clave:una es apoyar los procesos de producción actuales con herramientas, plantillas y accesorios más eficientes y utilizar estos procesos en el espacio de fabricación.

Además, queremos impulsar a la industria de la impresión 3D para que reconozca mucho más la automoción mediante el desarrollo de productos que sean más específicos para nuestras necesidades.

En general, gran parte de lo que vemos en el mundo de los aditivos hoy en día está impulsado por las industrias aeroespacial y médica. Sus necesidades son muy diferentes de las necesidades de la automoción, por lo que esperamos liderar la industria en una dirección que también tenga más sentido para la automoción.

Esto significa impulsar más actualizaciones para los materiales, crear sobres de construcción para máquinas que coincidan con los tipos de piezas que estamos interesados ​​en fabricar y mejorar enormemente la velocidad del proceso.

¿Podría dar más detalles sobre las necesidades específicas de la industria automotriz?

Un ejemplo es tener más materiales centrados en la automoción.

Por ejemplo, muchos procesos de impresión 3D utilizan materiales curables por UV, y la exposición a los rayos UV en la automoción es un problema serio a considerar. Es difícil tomar un material que se cura bajo la luz ultravioleta y colocarlo en un automóvil donde estará expuesto a luz ultravioleta casi constante.

Entonces, ¿hay alguna manera de controlar esa exposición o de apagarla después de cierto punto? En última instancia, al menos para aplicaciones automotrices, la capacidad de soportar los rigores de la exposición diaria a los rayos UV es vital.

Los cambios de temperatura son otra cosa. Los materiales pueden ser muy susceptibles a romperse cuando se exponen continuamente a grandes cambios de temperatura, lo cual es muy típico de las aplicaciones automotrices.

Tenemos un conjunto de materiales que son bastante bien aceptados hoy en día dentro del espacio automotriz. Entonces, lo que realmente nos gustaría ver es que la industria comience a adaptar algunos de esos materiales. Eso haría que nuestras pruebas y validaciones, así como el uso de nuestra aplicación, sean mucho más adecuados para la impresión 3D.

El segundo elemento es el tamaño de la envolvente de construcción de los sistemas.

Cualquier vehículo se compone de una gran cantidad de componentes pequeños que encajan bien dentro de los límites de construcción de las máquinas actuales. Pero también hay muchos componentes más grandes que simplemente no encajan en la actualidad. Por eso, realmente nos gustaría que los fabricantes consideren otros sistemas que tengan envolventes de construcción más grandes.

La parte final es el rendimiento o la velocidad de las máquinas.

Nuestros volúmenes de producción son considerablemente diferentes de los volúmenes de la industria aeroespacial o médica. Así que tenemos que buscar sistemas que sean capaces de producir piezas en minutos o segundos en lugar de días y horas. Todo lo que podamos hacer para impulsar la tecnología a velocidades de construcción más rápidas es definitivamente lo que nos ayudará también.

¿Tiene alguna idea sobre cuánto tiempo llevará abordar estas áreas de preocupación para la industria automotriz? ¿A qué distancia estamos, por ejemplo, de la producción de grandes volúmenes de componentes de automóviles?

Si hubiera preguntado acerca de la capacidad de producción en volumen de las máquinas de AM hace cinco años, la respuesta puede haber sido varios cientos o quizás solo algunos miles de piezas.

Pero si tiene la misma conversación con casi Cualquiera en la industria de hoy, la respuesta será mucho más alta:decenas de miles de piezas.

Sospecho que a medida que la tecnología crezca, dentro de tres a cinco años la respuesta estará más cerca de cuatrocientas o quinientas mil partes de volumen.

Si bien no puedo dar cifras específicas sobre nada en lo que estemos trabajando, esos son algunos de los sentimientos generalmente aceptados en la industria en este momento cuando se trata del crecimiento de la tecnología y la capacidad de volumen.

¿Cuáles han sido algunas de las historias de éxito de la impresión 3D durante su tiempo en Ford?

Seguimos apoyando el desarrollo de productos con prototipos. Esto ha implicado la producción de cientos de miles de piezas para ayudar al desarrollo de productos y acelerar las pruebas y el desarrollo.

Cuando miras solo ese espacio, ha habido enormes beneficios para la empresa. Por ejemplo, un componente pasará por varias iteraciones en la fase de desarrollo e ingeniería.

Tradicionalmente, un ingeniero habría diseñado un componente, enviado ese diseño, habría fabricado una herramienta y habría fabricado piezas utilizando el herramienta de prueba. Con base en estos resultados, se modificaría el diseño o la herramienta o se haría una herramienta completamente nueva a un costo muy alto. Este largo proceso se repetirá una y otra vez.

Pero hoy en día es prácticamente una parte del proceso de desarrollo del producto.

Un ingeniero ahora puede enviar varios diseños de un componente a un taller de impresión 3D a la vez. Esto significa que pueden producirse al mismo tiempo y entregarse al ingeniero al mismo tiempo. Luego, el ingeniero puede irse y hacer pruebas en paralelo en ellos.

Entonces, en última instancia, lo que estamos viendo es un proceso que se repite muy rápidamente, donde puede pasar de siete diseños a tres, a uno a través de un proceso muy rápido.

Eso en sí mismo proporciona enormes eficiencias, tanto a través de los ahorros de costos que se obtienen al no tener que realizar varias iteraciones de una herramienta, como también a los ahorros de tiempo significativos que vemos al llevar un producto al mercado.

Luego, a medida que comenzamos a aplicar estas tecnologías en el entorno de fabricación, también estamos viendo grandes eficiencias aquí.

Por ejemplo, ayudar a las personas a hacer su trabajo creando herramientas que sean más ergonómicamente correctas para los operadores. Este es quizás un beneficio suave, pero ciertamente es útil si los operadores están más felices y se sienten más cómodos haciendo su trabajo. También harán un mejor trabajo que solo mejora la calidad.

También estamos trabajando en algunas aplicaciones a las que hemos insinuado, pero sobre las que no hemos dado una gran cantidad de detalles. Una es una aplicación en nuestro entorno de fabricación que nos permitirá ahorrar más de 2 millones de dólares.

En lo que respecta a la integración de AM en el entorno de fabricación, realmente estamos preparando el escenario para poder hacer algunas cosas importantes con la tecnología para ayudar con nuestros procesos.

¿Cómo cree que evolucionará la AM en los próximos 5 años?

Hace un año, habría dicho que la fabricación aditiva de metales recibiría mucha atención, y todavía lo es. Sin embargo, también se están produciendo avances tecnológicos significativos en el lado de los polímeros o plásticos. Creo que ambas tecnologías crecerán juntas.

Además, una de las cosas importantes para la tecnología es comprender lo que no puede hacer. Nunca promoveré la AM como una tecnología definitiva que puede hacer cualquier cosa porque no lo es.

Por lo tanto, la industria está reconociendo lo que la fabricación aditiva no puede hacer, así como el hecho de que puede hacer mucho más de lo que la mayoría lo usa en la actualidad.

En Ford, nuestro enfoque es tratar de explorar cuáles son las capacidades actuales de la misma en la actualidad y cosechar algunos de los beneficios de esto a medida que crecemos con la tecnología y ayudamos a dirigirla hacia donde queremos. ir en el futuro.

¿Qué otros factores debemos tener en cuenta?

Creo que hemos hablado en gran medida de la impresión aditiva y 3D en lo que respecta a la tecnología y las máquinas. Pero hay dos factores adicionales a eso:software y capacitación.

Para que todas estas piezas encajen, empresas como Ford y otras centrarán sus esfuerzos en capacitar a los empleados para que utilicen las metodologías de Diseño para Fabricación Aditiva (DfAM), una forma diferente de pensar en su enfoque de diseño.

En general, estamos capacitados a través de escuelas de ingeniería para pensar en diseños que se pueden hacer con procesos convencionales. DfAM le pedirá a la gente que empiece a pensar de manera diferente sobre lo que hacen y cómo abordan sus diseños.

El software será una gran parte de eso. Las herramientas como el software de optimización de topología han sido tradicionalmente muy difíciles de usar, por lo que la pregunta es cómo evolucionarán para convertirse en productos más simples de usar en el futuro.

Se está prestando mucha atención al software de diseño generativo en el industria en este momento también. Pero, ¿cómo podemos aprovechar la capacidad del software de diseño generativo para, al menos, generar al menos un concepto inicial que un ingeniero pueda comenzar a hacer realidad? Estas preguntas y otras más deberán abordarse en el futuro.

Por lo tanto, cuando observa la capacitación, el software y la evolución del hardware, estos tres deben estar estrechamente vinculados para obtener el máximo beneficio de estas tecnologías.

Ford abrió recientemente su Centro de Fabricación Avanzada. ¿Podría darnos una idea de la visión detrás de la instalación y lo que Ford espera lograr?

En cuanto a la parte aditiva de la instalación, nos centramos en muchas de las cosas que he mencionado. Realmente se trata de impulsar la tecnología, de interactuar con proveedores y de llevarlos en este viaje con nosotros.

Por ejemplo, recientemente tuvimos un par de nuestros proveedores de primer nivel y discutimos hacia dónde nos dirigimos con la tecnología y qué planeamos hacer.

Por lo tanto, la instalación es un lugar donde podemos reunir muchas de estas interacciones:podemos trabajar con proveedores de impresión 3D en nuevos procesos, equipos y materiales.

Disponemos de un espacio de suelo flexible, por lo que podemos traer una máquina en consignación durante 6 meses o un año. Podemos configurarlo y ejecutarlo y proporcionar comentarios directos sobre el uso de la tecnología por parte de la aplicación. Podemos hacer eso para respaldar el desarrollo de materiales, el desarrollo de procesos o incluso una tecnología completamente nueva.

Y al mismo tiempo, realmente lo hemos abierto para que sea un espacio colaborativo. Si tenemos un proveedor que necesitamos involucrarnos en estas tecnologías y aún no están allí, estamos dispuestos a traerlo a este espacio y decir:"Aquí están las máquinas, sigamos adelante y comencemos a construir piezas que son más aplicables a su negocio y lo que necesitamos que haga con la tecnología ”.

¿Qué sigue en el horizonte para Ford en 2019?

Hemos realizado una inversión significativa en esta instalación y verá que empezamos a aprovechar esa inversión.

Verá más anuncios en el futuro sobre productos que se imprimirán en 3D para vehículos de producción y más anuncios sobre aplicaciones, cómo lo estamos usando en el espacio de fabricación para mejorar nuestra eficiencia, ayudar a acelerar los ciclos de desarrollo de nuestros productos, mejorar la calidad y presentar nuevos productos.

La fabricación aditiva seguirá estando cada vez más arraigada en la parte diaria de lo que hacemos como empresa. En lugar de ser una excepción a la norma, será mucho más aceptado como se hace.