Impresión 3D en la industria automotriz:4 tendencias principales de fabricación digital

Las nuevas tendencias en vehículos autónomos, coches eléctricos y personalización masiva están obligando a los fabricantes y proveedores de automóviles a adaptarse. Para seguir siendo relevantes en la era de la Industria 4.0, las empresas de automoción están acelerando la adopción de tecnologías de impresión 3D.

Hoy en día, la impresión 3D, o Fabricación Aditiva (AM), se utiliza en muchas etapas de la fabricación de automóviles, desde la fabricación de prototipos y herramientas hasta la producción de repuestos y piezas finales, lo que permite a los fabricantes de automóviles mantenerse ágiles e innovadores.

A medida que la impresión 3D se afianza en la industria automotriz, exploramos cuatro tendencias interesantes que dan forma al futuro de la tecnología en el sector.

1. La impresión 3D impulsará la electrificación de los vehículos

Una encuesta reciente de Jabil afirma que el 48 por ciento de los fabricantes de automóviles tienen como objetivo ser líderes del mercado de vehículos eléctricos. Esta creciente tendencia a la electrificación de vehículos influye en el creciente uso de AM en la automoción.

A medida que la industria se aleja de los motores de combustión interna hacia los vehículos eléctricos, la impresión 3D surge como una solución que puede acelerar el desarrollo. y cambiar radicalmente la forma en que vemos el diseño de componentes de automóviles.

Esto último es posible gracias a las capacidades de reducción de peso de las nuevas herramientas de diseño, como el diseño generativo, y la flexibilidad de AM para dar vida a diseños avanzados.

En una entrevista con Additive Manufacturing Media, Kevin Quinn, director de diseño y fabricación aditiva de General Motors, dice que es solo cuestión de tiempo antes de que el diseño generativo y la AM se conviertan en las tecnologías principales que impulsan las piezas más ligeras para coches eléctricos.

Pero, ¿por qué es tan importante el aligeramiento?

Reducir el peso ha sido durante mucho tiempo un objetivo en los vehículos propulsados ​​por motores de combustión para ayudar a disminuir el consumo de combustible y las emisiones. En los vehículos eléctricos, el peso reducido sigue desempeñando un papel en la reducción del consumo de energía y, por lo tanto, en el aumento de la autonomía con una batería determinada. Pero hay otra consideración.

Cuanto más pesado es el vehículo, más capacidad de batería necesita para alcanzar los objetivos de autonomía y rendimiento establecidos. Pero las baterías son pesadas, en comparación con otros componentes del vehículo, por lo que agregar capacidad a la batería tiende a aumentar el peso del vehículo de manera desproporcionada.

Es un círculo vicioso que significa que la reducción de peso, tanto el peso total del vehículo como el de sus componentes, es fundamental en un vehículo eléctrico.

A partir de 2020, se están realizando varios proyectos de vehículos eléctricos. utilizando la impresión 3D en desarrollo y producción. Un ejemplo es Olli de Local Motors, un transbordador eléctrico autónomo impreso en 3D diseñado para el transporte local de baja velocidad.

El transbordador ha sido diseñado principalmente para su uso en centros urbanos en ciudades, negocios y universidades. campus y hospitales.

Entonces, ¿cómo ha logrado la empresa esto?

Local Motors utilizó algunas de las impresoras 3D más grandes del mundo:Fabricación aditiva de gran área (BAAM) de ORNL y Fabricación aditiva a gran escala de Thermwood ( LSAM) - para producir la mayoría de los componentes de Olli, incluido el techo y la parte inferior de la carrocería del vehículo.

El transbordador autónomo, que actualmente está involucrado en pruebas en 13 lugares alrededor del mundo, marca un hito sustancial en el uso de la impresión 3D para la producción de vehículos eléctricos.

Sin embargo, Local Motors no es la única empresa que busca vehículos eléctricos impresos en 3D. Arcimoto, un fabricante estadounidense de vehículos sostenibles, está produciendo Fun Utility Vehicles (FUV), que cuentan con componentes livianos impresos en 3D, desarrollados en asociación con XponentialWorks.

Las piezas, incluido un brazo oscilante trasero, articulación , el brazo de control superior y un pedal de freno, fueron rediseñados para la impresión 3D utilizando la herramienta de diseño generativo de ParaMatters, logrando un ahorro de peso de entre un 34 y un 49 por ciento.

Con las piezas rediseñadas hasta ahora, las empresas han cumplido 120 del objetivo de reducción de peso de 200 libras y planean alcanzar el objetivo final en los próximos meses.

A medida que la industria de los vehículos eléctricos continúa descubriendo cómo aprovechar mejor la impresión 3D, la próxima década será fundamental para acelerar el uso de la tecnología para vehículos sostenibles.

2. Integración de AM en la producción en serie de automóviles

La industria automotriz fue una de las primeras en adoptar la impresión 3D para la creación rápida de prototipos. Ahora, los fabricantes de automóviles han identificado la producción indirecta (p. Ej., Moldes) y de piezas directas como la propuesta de valor final para AM.

Este cambio de enfoque revela una tendencia interesante:los fabricantes de equipos originales de la industria automotriz y de impresión 3D se encaminan hacia la producción en masa digital.

Dicho esto, este viaje no es del todo sencillo. La industria automotriz tiene requisitos de producción únicos, que incluyen alta productividad, bajos costos de materiales y un alto nivel de automatización de la producción.

Al mismo tiempo, la industria está moldeada por las tendencias cambiantes en la demanda, la dinámica de la cadena de suministro y las regulaciones, sin mencionar el impulso hacia la personalización masiva.

Para cumplir con los requisitos de la producción de piezas de automóviles, la industria AM debe evolucionar rápidamente.

Sin embargo, lo que vemos cada vez más en la industria es el desarrollo de nuevas tecnologías, que son fundamentales para lograr piezas más grandes, mayores volúmenes y una producción más rápida.

Este progreso se debe principalmente a la evolución del hardware y al aumento de la automatización de procesos. Por ejemplo, el chorro de aglomerante metálico está emergiendo de las sombras como una tecnología de producción viable. Ofrece una velocidad de impresión más rápida, en comparación con otros procesos de AM de metal, lo que es una ventaja particular para los fabricantes de automóviles.

En términos de automatización, los fabricantes de automóviles están buscando formas de optimizar las etapas de los flujos de trabajo de AM. Esto implica, por ejemplo, la incorporación de herramientas de diseño para automatizar DfAM (Design for Additive Manufacturing), software MES para establecer el control del flujo de trabajo y la trazabilidad, así como la integración de hardware de posprocesamiento automatizado.

Mientras tanto, está aumentando la disponibilidad de materiales de uso final que cumplen con los requisitos de la automoción. Las empresas de desarrollo de materiales reconocen el potencial de combinar la impresión 3D con la producción automotriz y trabajan para lanzar plásticos duraderos y resistentes a los rayos UV y metales populares para automóviles, como el aluminio y el acero.

Dados estos desarrollos, se prevé que los ingresos de la producción de AM automotriz alcancen casi los $ 10 mil millones para fines de esta década, según este informe de SmarTech.

Si bien AM se alinea con las necesidades de la industria automotriz, la producción de piezas finales, utilizando la tecnología, solo está comenzando a ganar impulso. La tracción se acelerará en los próximos cinco a diez años, impulsada tanto por las mejoras tecnológicas como por las nuevas aplicaciones de AM para la producción en serie.

3. La colaboración impulsa la industrialización de la FA en la automoción

Tanto las empresas como las instituciones de investigación están trabajando arduamente para traducir la impresión 3D en procesos de producción industrializados y altamente automatizados para la fabricación de automóviles.

El aumento de la colaboración es particularmente evidente en el número de proyectos lanzados recientemente.

Uno de esos proyectos es el proyecto de industrialización y digitalización de la fabricación aditiva (IDAM) de Alemania, lanzado el año pasado.

Doce socios del proyecto planean crear líneas de producción de AM capaces de producir al menos 50,000 componentes por año en la producción de piezas comunes y más de 10,000 piezas individuales y de repuesto bajo la más alta calidad y presión de costos.

Además, los costos unitarios de los componentes metálicos impresos en 3D deben ser más que se redujo a la mitad, según el proyecto.

Coordinado por BMW Group, el proyecto IDAM se ejecutará durante los próximos dos años, lo que ayudará a establecer la impresión 3D de metal de manera sostenible en la producción.

Además de la impresión 3D de metal, la industria también busca promover la fabricación de polímeros en la fabricación de automóviles. En este sentido, el proyecto POLYLINE marca el hito de la impresión 3D de polímeros para automóviles.

Lanzado a principios de este año, el proyecto POLYLINE tiene como objetivo superar los desafíos existentes en la integración de la AM en las líneas de producción de automóviles. Por ejemplo, los participantes del proyecto trabajarán en el desarrollo de nuevos estándares y la creación de soluciones para aumentar la automatización en el piso de producción.

En cuanto a la integración horizontal, el proyecto trabajará en el establecimiento de flujos de trabajo de datos digitales, para lograr una mayor eficiencia. en los procesos de producción y las cadenas de suministro.

Ambos proyectos tienen su sede en Alemania, lo que no es sorprendente, dado que los fabricantes de automóviles alemanes han invertido más en el desarrollo de AM para la producción de piezas finales hasta la fecha.

4. Electrónica impresa en 3D para coches conectados

A medida que el mundo entra en una nueva era de vehículos conectados, aumenta la cantidad de dispositivos electrónicos, como sensores y antenas dentro del vehículo. Con este aumento surge una mayor necesidad de diseñar y producir componentes electrónicos más pequeños y complejos.

La impresión 3D para electrónica está creando nuevas formas de producir componentes inteligentes para conectar vehículos en red y recopilar datos automotrices.

Tomemos los sensores como ejemplo. Para permitir que los vehículos recopilen datos ambientales y de rendimiento del automóvil, necesitará sensores con capacidades inalámbricas, factores de forma personalizados e incluso geometrías no planas.

Tradicionalmente, estos sensores se fabrican por separado del vehículo y primero deben ensamblarse y luego enviarse al fabricante para finalmente instalarlos en un componente.

Los avances en los sistemas AM para la electrónica abren la oportunidad de integrar estos sensores directamente en los componentes mecánicos y la estructura de los vehículos. Este enfoque puede conducir a una mayor confiabilidad y una vida útil más larga en comparación con los sensores ensamblados convencionalmente.

Además, la impresión 3D electrónica puede reducir los costos y el tiempo de desarrollo para crear estos sensores.

Diferente Los botones que se encuentran en un automóvil podrían ser una aplicación para beneficiarse de los sensores impresos en 3D. Investigadores del Instituto de Sistemas y Robótica de Portugal están desarrollando enfoques para reemplazar los botones físicos con sensores táctiles impresos en 3D.

Neotech AMT GmbH, un desarrollador de hardware de electrónica de impresión 3D, ve otra aplicación potencial de la electrónica impresa en 3D, a saber, patrones de calefacción para interiores de automóviles. La impresión 3D de los patrones del calentador puede reducir su peso, el número de piezas y los pasos de montaje manual.

A pesar de todos los beneficios, todavía falta un tiempo para los componentes electrónicos impresos en 3D para automóviles. Pero con muchos fabricantes de automóviles que adoptan la impresión 3D para piezas de automóviles de metal y plástico, seguramente seguirá un mayor uso de la impresión 3D para componentes electrónicos más livianos y complejos.

Impresión 3D en automoción:al borde del cambio

A medida que los automóviles se vuelven más inteligentes y autónomos, los fabricantes de automóviles y los proveedores se encuentran en la cúspide de cambios revolucionarios. Estos cambios también están impulsando el creciente uso de la impresión 3D en la automoción.

La impresión 3D ayuda a las empresas a ser más flexibles en la producción y desarrollar mejores componentes de automóviles que serían imposibles con los procesos tradicionales.

La incorporación de tecnologías de impresión 3D a la producción de automóviles también se ha convertido en una tendencia por derecho propio. Los fabricantes de automóviles firman asociaciones estratégicas con empresas de AM e inician proyectos de colaboración para industrializar AM.

Si bien los resultados de estos esfuerzos aún no se han demostrado, su alcance y visión indican que el futuro de la impresión 3D en la industria automotriz será brillante.