Piezas de automóviles impresas en 3D: beneficios y ejemplos de casos de uso reales

Durante años, la industria automotriz ha utilizado principalmente la fabricación aditiva para crear prototipos para verificar su forma y ajuste antes de lanzarlos al mercado. En el pasado, estos objetos impresos en 3D no funcionaban y se crearon principalmente como piezas demostrativas.

Pero, ¿cómo lo están usando hoy? En los últimos años, la industria automotriz ha aumentado drásticamente el uso de la fabricación aditiva en su campo. Las empresas los utilizan no solo para la creación de prototipos, sino también para la fabricación de piezas de automóviles. Aparte de la reducción de costes y tiempo, la tecnología 3D también garantiza la mínima cantidad de piezas defectuosas o defectuosas.

En una entrevista con Harold Sears de Ford, afirmó que la fabricación aditiva ha evolucionado desde la producción de modelos conceptuales tangibles hasta convertirse en una herramienta esencial para ayudar a las aplicaciones de producción y respaldar la producción principal. La impresión 3D se ha convertido en un componente clave en la ingeniería de productos, el ciclo de desarrollo de productos automotrices y el soporte en la creación de prototipos de piezas de automóviles.

Beneficios de la impresión 3D de piezas de automóviles

Reducción de peso

La producción de vehículos livianos es una solución práctica de la industria automotriz para abordar la necesidad de reducir los costos de combustible y las emisiones de dióxido de carbono. El consumo de combustible puede reducirse entre un 6 y un 8 % cuando el peso del vehículo se reduce en un 10 %. Además, los automóviles livianos equivalen a un mayor rendimiento y una mejor seguridad, razón por la cual los fabricantes han llevado los esfuerzos de peso liviano a un nivel diferente.

En los últimos años, el enfoque de los fabricantes de automóviles para reducir el peso de los automóviles es reducir su tamaño. Pero, ¿cómo reduce la fabricación aditiva el peso de los automóviles? Gracias a la capacidad de la impresión 3D para crear diseños complejos más el software de diseño avanzado, los ingenieros pueden optimizar la geometría y la distribución temporal de una pieza de automóvil y explorar infinitas opciones para hacer que dicha pieza de automóvil sea lo más liviana posible sin comprometer su eficiencia.

Un ejemplo de esta innovación es el éxito de Volkswagen al rediseñar un soporte de ventana reforzado en el pilar A que pesa menos del 74% de la pieza original. Del mismo modo, Porsche también pudo producir pistones que no solo son un 10% más livianos sino que también tienen una mejor resistencia térmica que el original.

El Divo Supercar del fabricante francés de automóviles Bugatti fue diseñado para ser liviano y aerodinámico. Para que esto fuera posible, incluyeron varias piezas impresas en 3D, como sus luces traseras de aleta, para reducir el peso total del automóvil y mejorar su rendimiento.

Light Cocoon es un automóvil impreso en 3D por el estudio de diseño de ingeniería alemán EDAG, hecho de una tela elástica muy liviana que pesa solo 19 gramos por metro. Este automóvil impreso en 3D se fabricó con la tecnología SLM y se presentó en el Salón del automóvil de Ginebra en 2015. Aunque EDAG planea lanzar el modelo en 2025, esta innovación es algo que los amantes de los automóviles esperan ver.

Guardar material

En la metalurgia, la fabricación sustractiva tradicional comienza con una hoja grande o un bloque de metal. Utiliza diferentes tipos de maquinaria para cortar el material y crear el producto terminado. Según un estudio, esta práctica de fabricación produce un desperdicio de material de hasta el 95 %.

La impresión 3D de metal, como se mencionó anteriormente, es una forma de fabricación aditiva, en la que las materias primas solo se sinterizan cuando es necesario. En algunos casos, los polvos metálicos sin sinterizar pueden incluso reutilizarse, lo que maximiza el uso de materias primas.

Piezas de automóviles personalizadas

Un coche normal tiene más de 30.000 piezas y componentes diferentes. Estos están hechos de diferentes formas y materiales y se producen convencionalmente con diferentes métodos de fabricación.

El diseño típico de un automóvil comprende una carrocería unibody, paneles de carrocería, un capó y un interior. Los entusiastas de los automóviles suelen personalizar estas piezas para dar a sus vehículos un aspecto único. En los últimos años, ponerlos en servicio requería pedidos especiales y puede ser costoso para los propietarios y fabricantes de automóviles; pero gracias a la impresión 3D, las piezas de automóviles hechas a medida ya no son un gran problema.

BMW tiene un servicio MINI Yours Customised, una tienda en línea en la que los usuarios de BMW MINI pueden indicar los cambios personalizados que les gustan e imprimirlos en 3D. Asimismo, la empresa Daimler Buses, encargada de la sustitución de piezas para autobuses y autocares de las marcas Mercedes-Benz y Setra, viene aplicando la impresión 3D para atender las solicitudes de los clientes de forma flexible y en tiempo mínimo.

Además, Rolls-Royce está intensificando su juego de personalización para los autos de lujo del futuro, donde los clientes pueden personalizar sus vehículos por completo. El uso de la impresión 3D permite a Rolls-Royce manejar tanto la complejidad de las demandas de personalización como el proceso de producción sin afectar negativamente el tiempo y el costo de producción.

Piezas de repuesto para reemplazo

Mantener un inventario de repuestos es uno de los costos más altos para los fabricantes de automóviles. Para los consumidores, encontrar un reemplazo para las piezas de su automóvil averiado puede ser todo un desafío en el pasado. Tendría que comprar el conjunto completo para aprovechar ese único repuesto que está buscando en algunos casos.

Con la impresión 3D, la industria automotriz no tiene que preocuparse por abastecer su almacén. Todo lo que necesitan es una base de datos de piezas de modelos 3D que puedan imprimirse fácilmente y suministrarse en poco tiempo, ahorrando costos y tiempo tanto a la empresa como al cliente.

Piezas Producidas con Impresión 3D

Antes de que terminara 2020, General Motors (GM) anunció la apertura de una nueva instalación de 15,000 pies cuadrados desde cero llamada Centro de industrialización aditiva, dedicada a la fabricación aditiva. Esta instalación alberga 24 impresoras 3D para la impresión de piezas utilizando diferentes técnicas de fabricación para producir piezas de automóviles en polímeros y componentes metálicos.

Los volúmenes anuales de autopartes producidos por la industria automotriz son muy altos. Dado que el proceso convencional de fabricación de estas piezas no es tan simple, la tecnología de impresión 3D se ha vuelto muy útil con su velocidad y precisión. Además de los recambios habituales, la fabricación aditiva de metales ha permitido al sector de la automoción personalizar piezas de automóviles.

Algunos ejemplos de piezas de automóviles impresas en 3D incluyen:

Asientos personalizados de Porsche

Según Michael Steiner, la junta ejecutiva de investigación y desarrollo de Porsche, los asientos de automóvil son la interfaz entre el ser humano y el vehículo, por lo que las cubiertas de asiento personalizadas han sido un estándar para los autos de carreras desde hace bastante tiempo. Porsche ha presentado recientemente un nuevo concepto influenciado por la impresión 3D y el diseño de celosía para asientos de autos deportivos.

El “asiento de cubo completo con forma de cuerpo impreso en 3D” cuenta con un respaldo de poliuretano que se puede personalizar de acuerdo con tres niveles de firmeza. Dispone de soporte base, fabricado en polipropileno expandido (EPP), y cuenta con una perforación específica para la climatización.

El año pasado, el asiento de automóvil se puso a disposición de clientes limitados en Europa que son propietarios de 911 y 718.

Piezas de alto rendimiento de Ford para Mustang

Como se dijo, Ford Motor Company es una de las primeras empresas automotrices que han adaptado la fabricación aditiva en su proceso de producción. Ahora están produciendo en masa algunas de sus piezas de automóviles a través de la impresión 3D de metal.

Se informa que el Shelby GT500 2020 es el Mustang aerodinámicamente más avanzado hasta la fecha. Se analizaron varios diseños 3D aerodinámicos y de refrigeración para permitir que el equipo de I+D desarrollara el diseño más prometedor. Durante su etapa de creación de prototipos, la ayuda de la tecnología 3D ayudó al equipo a fabricar un diseño de alerón trasero que funciona para entregar 379 libras de carga aerodinámica trasera a 180 mph; por lo tanto, haciéndolo robusto, equilibrado y consistente.

El último Shelby GT500 también cuenta con dos componentes de freno impresos en 3D estructurales.

Impresión 3D para deportes de motor

La impresión 3D no solo beneficia a la creación de prototipos; también juega un papel significativamente diferente en este deporte automovilístico. Cuando se trata de autos deportivos, la velocidad, la luz y la seguridad son las principales prioridades.

En el dinámico mundo de los deportes de motor, la diferencia entre ganar o perder depende del tipo de auto que tengas, razón por la cual los ingenieros de autos de carreras enfrentan el desafío constante de diseñar un auto mejor.

Entonces, ¿cómo encaja aquí la impresión 3D? Aquí hay cinco razones por las que los gigantes del automovilismo, como la Fórmula 1, invierten en la fabricación aditiva.

Prototipos

El organismo rector de los deportes de motor ha establecido reglamentos y especificaciones técnicas para los automóviles autorizados a competir. Con las pautas en constante cambio, la creación de prototipos para la producción de vehículos debe ser lo más rápida posible. La impresión 3D elimina los pasos que consumen mucho tiempo que conlleva la creación de prototipos tradicionales, lo que les da más tiempo para modificar su trabajo y mejorar aún más el producto.

Piezas ligeras

El peso es un factor crucial para los vehículos de deportes de motor, ya que afecta la velocidad del automóvil. Los autos más livianos requerirían menos fuerza para acelerar más; por lo tanto, es imperativo utilizar materiales con el menor peso posible sin comprometer la seguridad y el rendimiento general del automóvil.

Flexibilidad de diseño

En los deportes de motor, los diseños de los automóviles juegan un papel muy importante. Deben ser elegantes y al mismo tiempo capaces de realizar una aerodinámica excepcional para completar la carrera. La tecnología 3D brinda a los ingenieros de autos de carrera una amplia gama de nuevas soluciones de diseño. Con el software 3D, los diseñadores pueden realizar cambios rápidos en sus diseños y desarrollar las mejores configuraciones de ajuste de forma rápida y rentable.

Pruebas en túnel de viento

Probar autos en la vida real es una ocasión rara en los deportes de motor, por lo que la mayoría de los equipos realizarían pruebas en el túnel de viento. Esta prueba consiste en colocar un prototipo en una cinta rodante para imitar las mismas condiciones que alcanzará el coche durante la carrera. La impresión 3D ofrece una forma más económica y eficiente de producir estos modelos. Si es necesario un cambio en el diseño, las modificaciones pueden repetir las pruebas mucho más rápido.

Producción de herramientas personalizadas

La mayoría de las soluciones de ingeniería en los deportes de motor son personalizadas y con frecuencia necesitarían una herramienta hecha a medida para ensamblarlas. Estas piezas y dispositivos se pueden personalizar fácilmente mediante tecnología 3D. Varios equipos de deportes de motor ya utilizan la impresión 3D en la pista para producir herramientas para ajustes de última hora durante el torneo.

Piezas difíciles de encontrar para coches clásicos

A pesar de la gran cantidad de autos modernos disponibles en el mercado, todavía podemos ver un par de coches raros y clásicos circulando por las calles. Si una pieza en particular se daña, es difícil buscar un reemplazo, ya que ya no siempre se producen o encuentran.

Hoy en día, los fabricantes de automóviles tradicionales están adoptando la fabricación aditiva en sus servicios de cuidado del automóvil. Por ejemplo, Jaguar, conocida por sus lujosos vehículos antiguos, utiliza tecnología 3D para recrear el modelo XKSS clásico de 1957. El equipo de BMW Group Classic también pudo restaurar el BMV 507 de Elvis mediante la impresión 3D para recrear crear algunos de los componentes antiguos del coche.

Además, la división Classic de Porsche utiliza la impresión 3D para producir repuestos para sus vehículos raros y clásicos. La división puede crear una réplica de los originales con el mismo ajuste y componentes de trabajo precisos a través de esta tecnología.

Para ir finalizando

La impresión 3D resulta ser un cambio de juego en la industria automotriz. Se ha convertido en una tecnología que está en camino de ser industrializada, por lo que muchas empresas automotrices esperan aprovechar todo su potencial.

Aunque la fabricación aditiva está remodelando la industria automotriz, la tecnología aún se encuentra en una etapa inicial, en la que producir un automóvil completo con impresoras 3D aún es relativamente costoso. Sin embargo, no podemos negar cuánto se han beneficiado de él las principales marcas automotrices. Con más empresas adaptándose cada vez más a la fabricación aditiva, no será una sorpresa ver cómo cobran vida más aplicaciones innovadoras de la tecnología.

Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro de seguridad contra incendios.