Las 5 principales tendencias en fabricación automotriz que impulsan la innovación hoy

Por Shant Alexanian, Gerente de Cuentas Clave, Fast Radius

Uno de los mayores desafíos que enfrenta la industria de fabricación automotriz es el impulso constante por tecnologías que permitan a los ingenieros producir piezas más ligeras, más resistentes y de menor costo. Esto ha llevado a muchos fabricantes a buscar materiales y métodos innovadores que les permitan satisfacer de manera más efectiva las cambiantes demandas de consumidores e industria.

Tome la demanda de vehículos eléctricos, por ejemplo. Actualmente, la demanda del mercado supera la capacidad de la industria automotriz para proporcionar vehículos eléctricos a un precio accesible para los consumidores, en parte porque los fabricantes de baterías están comenzando a alcanzar los límites de lo posible con las tecnologías actuales.

Sin embargo, nuevos diseños en tecnología de tren motriz —el sistema que convierte la energía de la batería en energía CA para el motor— incluyen tecnologías de semiconductores de Carburo de Silicio (SiC), que aumentan la eficiencia de las baterías mientras las hacen más rentables de fabricar. Si bien es solo un ejemplo, los desarrollos en tecnología de tren motriz son evidencia de un movimiento mayor que ocurre en el sector de fabricación automotriz —uno definido por un enfoque creciente en eficiencia de costo y combustible, sostenibilidad y personalización. Aquí están algunas de las principales tendencias de la industria automotriz de 2020.

1. Materiales ligeros y eficientes en combustible

Muchos componentes automotrices se han fabricado tradicionalmente con aleaciones de hierro y acero, ambos materiales fuertes pero pesados. Sin embargo, los desarrollos en tecnologías de fabricación han permitido a las empresas automotrices reemplazar estos componentes metálicos con un nuevo conjunto de materiales —incluyendo aluminio, magnesio, plásticos de alto rendimiento, fibra de carbono y otros compuestos, y más— que son significativamente más ligeros y ofrecen resistencia y rigidez comparables. Esto permite a los fabricantes satisfacer las demandas de los consumidores y estándares federales de economía de combustible cada vez más estrictos.

Según el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), incorporar materiales ligeros innovadores en el diseño automotriz puede reducir el peso del chasis hasta en un 50%, y cada reducción del 10% en peso puede aumentar la eficiencia del combustible hasta en un 8% —beneficios que los fabricantes han demostrado. Cuando Ford presentó la F-150 totalmente de aluminio en 2015, el vehículo resultó ser significativamente más ligero que sus contrapartes de acero en el mercado, dando al camión la mejor economía de combustible de su clase.

Los materiales ligeros se vuelven especialmente importantes a medida que el sector automotriz se mueve hacia una mayor electrificación, ya que permiten que los autos lleven sistemas de seguridad, electrónica y emisiones más avanzados sin aumentar la masa del vehículo. Según el DOE, los consumidores podrían ahorrar 5 mil millones de galones de combustible o más por año para 2030 si incluso el 25% de los vehículos ligeros se fabrican con componentes ligeros y motores de alta eficiencia. Aumentar la eficiencia del combustible también extiende el alcance de los vehículos eléctricos.

La fibra de carbono es un material cuya resistencia y rigidez son atractivas para los fabricantes. Esto es porque permite a los ingenieros crear piezas con masa significativamente menor pero características de rendimiento equivalentes a componentes hechos de metales ligeros y otros materiales compuestos.

Sin embargo, debido a que la producción de fibra de carbono requiere métodos de fabricación extremadamente precisos, es un material intensivo en mano de obra y costoso. Si bien gran parte de la demanda actual de fibra de carbono proviene de los sectores aeroespacial y energético, es probable que más fibra de carbono se incorpore en diseños automotrices, especialmente a medida que los procesos de fabricación se vuelvan más avanzados y rentables.

2. Automatización y autos autónomos

La automatización es otra tendencia clave en fabricación automotriz. Al aprovechar el poder y eficiencia de la inteligencia artificial, aprendizaje automático y tecnología Internet de las Cosas (IoT), las empresas automotrices están mejorando tanto la seguridad como la eficiencia de sus vehículos.

Las tecnologías IoT en particular están preparadas para transformar el sector automotriz. Los autos sin conductor pueden haber parecido una imposibilidad, pero los fabricantes hoy están creando autos inteligentes que actualizan sus algoritmos de conducción basados en datos en tiempo real capturados por otros autos autónomos.

Estos datos se suben a un sistema en la nube, se analizan y redistribuyen para mejorar las funciones automatizadas de toda la flota de vehículos. Esto también permite a los autos usar sistemas complejos de cámaras de alta potencia, láseres y sensores remotos para proporcionar control de crucero adaptativo o detectar salidas de carril, mejorando así la seguridad de los pasajeros.

Además, la pandemia de COVID-19 ha destacado algunos de los beneficios potenciales de los vehículos autónomos —específicamente su capacidad para entregar comestibles, medicamentos y otros artículos sin necesidad de interacción persona a persona que podría arriesgar exposición.

3. Vehículos eléctricos

Si bien los vehículos eléctricos han estado limitados previamente por su alcance y costos de producción caros, las baterías de cátodo de iones de litio de vanguardia se han vuelto más potentes y económicas de producir en años recientes. De hecho, los vehículos eléctricos pueden ser menos costosos de fabricar que sus contrapartes de gasolina para 2022. Los precios de las baterías disminuyeron un 80% entre 2010 y 2019, y se anticipa que caigan un 45% adicional el próximo año.

Tesla es uno de los nombres líderes en fabricación automotriz eléctrica, en parte debido al compromiso continuo de la empresa de empujar los límites de lo que las tecnologías de baterías pueden hacer. El deseo de baterías duraderas y de mayor alcance ha llevado a la empresa a cambiar de baterías de iones de litio a otras hechas con fosfato de hierro-litio. El cambio en la química hace que las baterías sean más baratas de producir, extiende los rangos de conducción entre cargas a más de 400 millas, y puede aumentar el ciclo de vida de la batería a 1 millón de millas. No solo eso, las baterías de fosfato de hierro son más seguras y pueden retirarse a ciclos de vida secundarios o terciarios como almacenamiento de energía.

Otro actor clave en la intersección de los sectores de vehículos autónomos y eléctricos es Waymo, una subsidiaria de la empresa matriz de Google que recientemente se asoció con Volvo para producir una flota de autos de ridesharing que son tanto sin conductor como eléctricos. Estos autos tendrán autonomía de Nivel 4, lo que significa que podrán pilotearse en la mayoría de situaciones sin entrada del usuario (según el sistema de calificación estandarizado de la Sociedad de Ingenieros Automotrices, el Nivel 0 indica ninguna autonomía y el Nivel 5 indica autonomía total). Estos factores todos contribuyen a hacer la industria de fabricación automotriz más sostenible, al cambiar las fuentes de energía de combustibles fósiles a baterías eléctricas cada vez más eficientes.

4. Uso de fabricación aditiva para hacer lo inimaginable con impresión 3D

Si bien los métodos de fabricación aditiva están ayudando a muchas empresas automotrices a producir autos de mejor rendimiento más eficientemente, el potencial total de la tecnología aún está mayormente sin explotar. La impresión 3D se usa ampliamente para prototipado rápido, pero los desarrollos en tecnologías aditivas ahora permiten a los fabricantes imprimir en 3D herramientas de producción y piezas de uso final.

La tecnología aditiva puede ayudar a agilizar el diseño y producción. Por ejemplo, muchos componentes (como conductos de admisión de aire) que anteriormente tenían que moldearse por separado y luego soldarse juntos ahora pueden producirse aditivamente en un proceso de un solo paso. Las tecnologías aditivas también pueden usarse para crear geometrías únicas que ahorran significativamente más espacio dentro de tableros y paneles que componentes producidos mediante métodos tradicionales.

Ford fue uno de los primeros fabricantes automotrices en aprovechar el poder transformador de la tecnología aditiva. En el diseño del Shelby GT500 2020, la empresa usó procesos de fabricación aditiva para probar más de 10 diseños diferentes para un componente de pieza específico simultáneamente. Esto permitió a Ford crear lo que se ha llamado el "Mustang más avanzado aerodinámicamente hasta la fecha".

La flexibilidad de la fabricación aditiva bajo demanda también ayuda a mitigar posibles desafíos de la cadena de suministro de la industria automotriz —Porsche, por ejemplo, ahora produce componentes raros o de bajo volumen para sus modelos de autos heredados usando impresión 3D. La versatilidad de la tecnología significa que es altamente probable que cada vez más componentes automotrices se produzcan a través de métodos innovadores que nunca antes.

5. Personalización masiva

Otra tendencia emergente en la industria automotriz es la personalización masiva, que refleja una tendencia global mayor hacia la personalización. Hoy, hasta dos de cada tres personas dicen que es un factor importante al elegir un nuevo vehículo.

Las tecnologías aditivas no solo permiten a fabricantes de autos especializados producir autos únicos a volúmenes extremadamente bajos de manera más efectiva, sino que también permiten a fabricantes no de lujo ofrecer opciones de personalización rentables para sus vehículos.

Mini y Ferrari son dos empresas que ahora permiten a los compradores personalizar todo, desde el color de los paneles exteriores del auto hasta detalles granulares como iluminación LED y tableros individualizados. Los fabricantes pueden aprovechar los beneficios de la fabricación bajo demanda para satisfacer eficiente y económicamente los desafíos planteados por la personalización. En lugar de producir piezas en masa, como los modelos de fabricación tradicionales soportan, la fabricación bajo demanda adapta precisamente la producción a la demanda a través de agilidad operacional.

Fabricando un futuro más autónomo y sostenible

En última instancia, estas tendencias reflejan un interés generalizado de los consumidores en productos que son de alta calidad, eficientes, sostenibles y adaptados a sus necesidades específicas. Los fabricantes automotrices mejor posicionados para tener éxito en los próximos años son aquellos que pueden aprovechar nuevas innovaciones tecnológicas para satisfacer de manera más eficiente y efectiva las demandas de sus clientes. Tecnologías inteligentes, automatización, electrificación y personalización son todas tendencias que continuarán moldeando cómo evoluciona la industria automotriz.

La plataforma de fabricación digital bajo demanda de Fast Radius nos permite proporcionar soporte de extremo a extremo a cada uno de nuestros clientes durante cada etapa de producción. Nuestros equipos de diseño aseguran que los diseños de piezas estén optimizados para fabricabilidad, y nuestros ingenieros ayudan a determinar los métodos y procesos más eficientes para producir componentes de calidad superior. Contáctanos hoy para saber más o para comenzar un pedido.