El camino hacia los coches impresos en 3D: 12 formas en las que la impresión 3D está cambiando la industria automovilística
Aunque todavía no se pueden comprar coches impresos en 3D en los concesionarios, la impresión 3D se utiliza en todas las etapas del diseño, el desarrollo y la fabricación de los automóviles.
Actualmente, hay expertos en todos los niveles del desarrollo y la producción de vehículos que imprimen en 3D prototipos de coches, accesorios para la fabricación, piezas de recambio y componentes para el mercado de repuestos y la posventa. La impresión 3D puede aportar un valor enorme a las cadenas de suministro, ya que tiene un gran abanico de usos en la producción.
A medida que las soluciones de impresión 3D se han vuelto más asequibles (incluso las opciones industriales), tanto las empresas como los particulares pueden empezar a utilizar la fabricación aditiva para diseñar rápidamente nuevos productos y componentes de vehículos. Aunque antes la falta de resistencia y durabilidad de los materiales de la impresión 3D hacía que fuera imposible crear componentes de automóviles para uso final, los materiales avanzados del mercado actual ahora pueden resistir las condiciones adversas a las que se tienen que enfrentar los coches y sus componentes.
Sigue leyendo para descubrir 12 formas en las que la impresión 3D impulsa la innovación en la industria automovilística, desde el diseño hasta la fabricación y más allá. También puedes hablar con nuestro equipo sobre un proyecto automovilístico en el que estés trabajando para ver si las impresoras de estereolitografía (SLA) o de sinterizado selectivo por láser (SLS) de Formlabs son adecuadas para ti.
Piezas de uso final impresas en 3D para coches
Las piezas impresas en 3D ya están en las carreteras: la impresión 3D en la fabricación de automóviles está ganando terreno tanto en fabricantes de toda la vida, como BMW, como en pequeños talleres especializados en personalización y rendimiento.
Aunque la mayoría de las aplicaciones de estas piezas siguen requiriendo bajas cantidades de ellas, como las piezas de recambio, crean un volumen de producción real y posibilidades reales: por ejemplo, si ves pasar un BMW X7 a toda velocidad, es muy probable que sus asientos contengan un elemento de fijación impreso en 3D.
Fabricación provisional: Impresión 3D para el BMW X7
Uno de cada tres vehículos nuevos que salen de la cadena de montaje hoy en día tiene al menos un componente fabricado por Brose, una de las cinco empresas familiares de componentes automovilísticos más grandes del mundo. Con cada año que pasa, más y más de esos componentes se imprimen en 3D.
Cuando tuvo que montar los asientos del BMW X7, Brose tuvo que pensar de forma creativa para sortear los problemas de la cadena de suministro que estaban afectando a los plazos de la producción. Para una de las piezas de sujeción o clips que se usa en la base del armazón del asiento, el director de prototipado de asientos de Brose, Matthias Schulz, decidió aprovechar el potencial de producción en serie y los materiales resistentes de la tecnología SLS.
El equipo de Brose imprimió 250 000 clips de asiento en solo un par de semanas en sus dos impresoras 3D SLS Fuse 1+ 30W, usando como material el Nylon 12 GF Powder. Gracias a su colaboración con el fabricante original, BMW, el equipo de Brose certificó los clips impresos en 3D para un uso final de larga duración en los asientos del coche. Por lo tanto, imprimir esas piezas en 3D mediante SLS permitió que el calendario de producción avanzara según lo previsto. Sin esta opción de fabricación provisional, el lanzamiento del modelo X7 podría haberse retrasado durante meses mientras se esperaba a que se diseñara, mecanizara, fabricara y trajera desde el extranjero un nuevo molde maestro para moldeo por inyección.
"Decidimos subirnos al carro de Formlabs. Lo hicimos porque la disponibilidad de los materiales y la uniformidad de las impresiones han mejorado tanto que la tecnología ya está lista para ayudar en el sector automovilístico. Para nosotros, el inconveniente es que existen problemas de seguridad y durabilidad, sobre todo en lo que respecta a los fabricantes de equipamiento. Estamos intentando resolverlo. Y en colaboración con Formlabs, hemos demostrado que podemos incorporar piezas como lo hacemos en el actual BMW X7".
Matthias Schulz, director de prototipado de asientos de Brose North America
Personalización de coches de policía en MOSOLF
En Alemania, más de un tercio de los vehículos policiales contienen piezas fabricadas mediante impresión 3D, según las estimaciones de Carsten Busam, jefe de planificación de proyectos de MOSOLF Special Vehicles GmbH. MOSOLF fabrica 1000 "vehículos especiales" al año, como coches de policía y vehículos de servicios de emergencia. Al haber añadido varias impresoras 3D SLS Fuse 1+ 30W a su proceso de trabajo, ahora pueden imprimir en 3D piezas y accesorios para automóviles que mejoran el rendimiento de estos vehículos.
Los servicios de emergencia deben poder confiar en sus medios de transporte y en la calidad de sus herramientas. MOSOLF imprime en 3D soportes, monturas, guías, sujeciones y otros componentes con el Nylon 12 Powder. La durabilidad de este polvo para SLS permite utilizarlo para piezas de uso final que deban resistir el trabajo cotidiano de los servicios de emergencia. Además de la durabilidad del material, la velocidad de la impresión 3D SLS también ha marcado la diferencia para Busam y su equipo.
"El mayor impacto de la impresión 3D en la fabricación in situ es que nos hemos vuelto considerablemente más rápidos en muchos aspectos. Con los procesos tradicionales, tenemos tiempos de espera de cuatro a seis semanas, sobre todo si hay que revestir las piezas. Con la impresión 3D, podemos producir piezas prácticamente de un día a otro. Si no tuviéramos acceso a la impresión 3D, nuestros procesos de trabajo probablemente serían mucho más largos y más complicados, ya que probablemente habría que fabricar y ajustar cada pieza varias veces".
Carsten Busam, jefe de planificación de proyectos de MOSOLF Special Vehicles GmbH
Producción de sistemas de control personalizados para máquinas y vehículos utilizando la impresión 3D SLS
Un texturizado especial del modelo 3D da al bastidor un aspecto de cuero, haciendo imposible detectar que el componente está impreso en 3D.
En IBL Hydronic, un fabricante alemán de soluciones de maquinaria para conjuntos electrónicos, hidráulicos y de software en vehículos industriales, la impresión 3D SLS proporciona una forma rápida, eficiente y asequible de diseñar y fabricar componentes de uso final en bajas cantidades.
Un proyecto reciente en el que trabajó IBL Hydronic incluía el desarrollo de un panel de control para un fabricante de maquinaria agrícola que se debía adaptar a una máquina específica. Tras solo un mes de prototipado, montaje y pruebas, IBL pudo presentar la solución completa al cliente.
Las carcasas de los componentes de los vehículos se imprimieron utilizando la impresora 3D SLS Fuse 1 y después se ensamblaron y se equiparon con una almohadilla de cuero para el reposabrazos. Para crear un diseño que no fuera solo funcional, sino también visualmente atractivo, el equipo añadió una textura a la superficie del modelo 3D en el proceso de diseño. Después, los componentes impresos en 3D se alisaron y se colorearon utilizando un baño en tinte. El resultado es un conjunto de piezas compuesto por componentes para vehículos de uso final completamente fabricados con la impresión 3D SLS, cuya superficie presenta una textura similar a la del cuero que mejora el aspecto y remata todo el diseño.
"Gracias a la facilidad de uso de la impresión 3D SLS y lo simple que es su flujo de trabajo, podemos concentrarnos puramente en el producto y el diseño. Esto simplifica muchísimo nuestros procesos".
Tom Heindl, diseñador de productos técnicos para la impresión 3D en IBL Hydronic
Colectores de admisión impresos en 3D
En el campeonato de carreras 12 Pollici Italian Cup, el ganador Elia Marescutti compitió con un colector de admisión impreso en 3D, fabricado en impresoras 3D SLA de la serie Form utilizando la Rigid 10K Resin.
No solo resistió los rigores de una carrera de alta intensidad, sino que en realidad funcionó mejor que el colector de admisión de aluminio mecanizado de forma tradicional. Gracias a una cámara térmica, se observó que el colector hecho con la Rigid 10K Resin registró una temperatura entre 40 y 50 ºC más baja que el componente tradicional de aluminio y se enfrió mucho más rápido, permitiendo manipular el conjunto de piezas con más facilidad después de ganar la carrera.
Indicadores y pantallas de telemetría impresos en 3D para coches
La impresión 3D SLS de indicadores y pantallas de telemetría para coches permite a BTI Gauges responder a las demandas de los clientes de forma rápida y rentable.
Como muchas empresas de éxito, BTI Gauges empezó reconociendo una carencia en el mercado. Brandon Talkmitt, su fundador y propietario, buscaba un enfoque personalizable para mostrar la telemetría de su coche de alta gama.
Talkmitt buscó sin éxito un indicador que contuviera varios parámetros de rendimiento, para que su parabrisas no estuviera lleno de pantallas y lecturas que distrajeran al conductor. Empezó prototipando las carcasas externas de los indicadores en una impresora 3D de modelado por deposición fundida (FDM) y probándolos él mismo, sometiendo las carcasas a entornos de mucho calor dentro de coches y hornos, y modificando el diseño para complementar varios modelos de coche. Después de evaluar los métodos para la producción de piezas finales, Talkmitt optó por la impresión 3D SLS, por su durabilidad y resistencia a las altas temperaturas.
Poder producir un diseño personalizado en solo unos días despertó rápidamente el interés por su producto entre la clientela que conducía coches de carreras japoneses al estilo de los años 90, Lamborghinis, Dodge Vipers y otros vehículos de alto rendimiento. Talkmitt aprendió a llenar sus cámaras de impresión de forma tan eficiente que puede trabajar prácticamente sin desperdicio y reducir sus costes.
Al implementar la fabricación dentro de la propia empresa con una impresora SLS de alta calidad como la Fuse 1, pudo controlar y asegurar su capacidad de producción, situándose por encima de quienes todavía dependen de la fabricación tradicional o de proveedores externos. “Se lo recomendaría a cualquiera. La Fuse 1 ha cambiado las reglas del juego para nosotros”, dice Talkmitt.
Impresión 3D en la fabricación de automóviles
Aunque los componentes finales impresos en 3D para automóviles suelen ser los avances más emocionantes y reseñables en este sector, el uso de piezas impresas en 3D en la fabricación de automóviles (como consumibles de producción, es decir, accesorios para la fabricación) es quizás más importante, al menos en cuanto al ahorro de costes y la eficiencia que supone para los fabricantes.
En la cadena de montaje de los automóviles puede haber cientos de componentes personalizados o fabricados en bajo volumen, como guías, fijaciones, soportes, monturas, sujeciones, estructuras de ensayo y más. La impresión 3D proporciona una opción de bajo coste que los fabricantes pueden implementar rápidamente para mantener su cadena de montaje en funcionamiento.
Brose: Fijaciones de soldadura robótica en un mismo día con la Form 4L
La Form 4L permite fabricar piezas de gran tamaño en un mismo día, como esta fijación de ajuste para soldadura impresa con la Fast Model Resin.
En Brose North America, donde el equipo de fabricación aditiva de la empresa utiliza su parque de impresoras SLA y SLS, sus robots de soldadura necesitan pasar de una línea de productos a otra constantemente. En una fábrica, las máquinas de soldadura se mantienen programadas para una línea de productos, pero en la sede principal de Brose lo que hay son dos máquinas robóticas que son responsables de soldar prototipos de asientos de todas las diversas líneas de productos de la empresa.
Cada vez que el robot tiene que cambiar a una nueva línea de productos, el departamento de soldadura tiene que reprogramar sus parámetros. Programar un robot de soldadura utilizando prototipos de raíles metálicos es caro y con mucha frecuencia no están disponibles en el momento en que la estación de soldadura está preparada para enseñar al equipamiento a hacer el trabajo. La impresión 3D ofrece una solución rápida y económica, ya que esas piezas de configuración requieren velocidad y precisión dimensional.
"Usamos la Form 4L para imprimir piezas para nuestra célula de soldadura en solo una hora, sin que haga falta dejarla toda la noche. Esto permite a los expertos en soldaduras de Brose programar el robot antes de que lleguen los componentes de estampado de metal. Con la nueva Fast Model Resin, obtenemos el nivel de detalle y la rigidez que necesitamos más rápido que nunca".
Matthias Schulz, director de prototipado de asientos de Brose North America
Cómo Dorman Products imprime en 3D fijaciones de prueba para componentes de automóviles
Una de las dos fijaciones de prueba para probar el manguito presurizado.
La fijación a medida que se creó para simular la geometría de acoplamiento, con lo que se evitó tener que encontrar un radiador completo para hacer la prueba de ajuste.
Dorman Products es un fabricante centenario de piezas de recambio para vehículos, que ha recurrido a la impresión 3D para acelerar sus tiempos de producción y aumentar la calidad. Se valen de sus doce impresoras 3D, repartidas entre dos sedes, como ayuda para poder seguir el ritmo de la aparición constante de nuevas versiones y modelos lanzados por los fabricantes originales del equipamiento.
Dado que cada producto tiene una función diferente, cada protocolo de ensayo y proceso de validación es único. Incluso si los procesos de validación de dos piezas diferentes requieren un ensayo de flujo de fluidos, necesitarán fijaciones diferentes para mantener las piezas sujetas, debido a las diferencias en la geometría de las mismas. Ahí es donde entra en juego la impresión 3D: Dorman puede diseñar fijaciones de prueba personalizadas para cada pieza e imprimirlas en un mismo día. Las fijaciones y los indicadores pueden tardar de cinco a diez semanas en llegar desde un taller de mecanizado.
"Podemos diseñar y crear piezas con facilidad, por lo general no nos vemos limitados por los procesos de fabricación tradicionales y hemos estado enseñando a otros departamentos que incorporar socavados o crestas no supone un coste más alto, como ocurre con el mecanizado. Ha estado abriéndonos puertas y proporcionándonos ideas para diseñar una fijación completamente adaptada a nuestras necesidades".
Chris Allebach, director de fabricación aditiva de Dorman Products
Reducción de costes en la cadena de montaje de automóviles
Este conector de final de línea se ha incorporado en la etapa final del proceso de ensamblaje de los asientos. Después de que el técnico conecte el armazón del asiento a la fuente de electricidad y realice la comprobación final, la retira para pasar por la siguiente etapa del proceso. Muchas veces, los técnicos olvidaban la conexión eléctrica y, al retirar el asiento, partían el cable, provocando daños por valor de cientos de dólares en la cadena de montaje y pausando la producción.
El equipo de fabricación aditiva trabajó con el equipo de New Boston para diseñar un conector magnético. Se une con facilidad al cable y al armazón del asiento, pero se desprende sin daños si los técnicos retiran el armazón del asiento sin quitar manualmente el cable. Las herramientas de fabricación automovilística impresas en 3D reducen el desgaste de la maquinaria y pueden reducir la probabilidad de errores de los operarios, ahorrando dinero en recambios y reduciendo los parones en la empresa.
Pankl Racing Systems: Reducción de costes en la fabricación de vehículos de alto rendimiento
Pankl Racing Systems está especializada en el desarrollo y la fabricación de componentes de motores y sistemas de transmisión para coches de carreras, vehículos de alto rendimiento y aplicaciones aeroespaciales, como coches de Fórmula 1 y el Marine One (el helicóptero del Cuerpo de Marines de los Estados Unidos que transporta al presidente de los Estados Unidos).
Pankl no solo tiene que diseñar los componentes de uso final, sino que también debe desarrollar una serie de sujeciones con guía, fijaciones y componentes de herramientas personalizados para fabricar esas piezas. Son piezas que se necesitan en cantidades reducidas y son muy específicas, por lo que la impresión 3D ha demostrado ser la forma más rentable y eficiente de fabricarlas e incorporar impresoras y 3D SLA y sus materiales ha reducido significativamente los costes generales de la fabricación para Pankl.
Para el conjunto de la caja de cambios de un vehículo, Pankl tuvo que mecanizar piezas de acero y realizar varios procesos adicionales de calentamiento y enfriamiento, cada uno de los cuales requería una sujeción personalizada. Subcontratar la fabricación de esas sujeciones con guía a un taller de mecanizado habría añadido seis semanas al calendario de producción, así que Pankl los imprimió en 3D en impresoras 3D SLA de la serie Form utilizando una versión preliminar de la Tough 1500 Resin.
"Hemos tenido éxito con las piezas impresas en 3D en nuestra cadena de montaje y veo muchas otras situaciones que podrían beneficiarse de la impresión 3D".
Christian Joebstl, ingeniero de procesos de Pankl Racing Systems
Impresión 3D para el diseño y el prototipado en el sector de la automoción
Gracias a la mayor velocidad con la que el prototipado se puede realizar mediante la impresión 3D, el prototipado rápido prácticamente se ha convertido en sinónimo de impresión 3D y la tecnología ha revolucionado el desarrollo de productos.
Con la impresión 3D, los diseñadores de vehículos pueden fabricar un prototipo rápidamente a partir de una pieza física o un conjunto de ellas, desde un simple componente de interior a un tablero de mandos o incluso un modelo a escala de un coche entero. Disponer de impresoras 3D de calidad industrial permite a los diseñadores de automóviles probar cosas nuevas que puedan imitar el rendimiento de la pieza de uso final, acortando el ciclo de iteraciones y ampliando al mismo tiempo el número de ideas nuevas que un diseñador puede probar.
Desarrollo de modelos de última generación en Ford
Ford Motor Company es el sexto mayor fabricante de automóviles del mundo, con una producción de más de 4 millones de vehículos al año y más de 175 000 empleados en todo el mundo. El corazón de Ford en Europa es Ford Colonia, una planta fundada en 1930 que es conocida por ser el lugar de montaje del Ford Fiesta.
En la carrera por desarrollar un nuevo coche eléctrico, la velocidad de iteración lo es todo. Los equipos de diseño de Ford pudieron idear e imprimir en 3D cada día componentes de automóviles y poner a prueba cómo encajan y funcionan dentro del coche.
"La fabricación aditiva es muy importante en el proceso de desarrollo. Te da la oportunidad de producir piezas de forma muy rápida y eficiente, además de reducir los costes. Permite que seamos mucho más competitivos que la competencia".
Sandro Piroddi, supervisor del Centro de Tecnología Rápida de Ford
Vital Auto: Diseñando los automóviles del mañana
Vital Auto, un cliente del revendedor de Formlabs que más rápido está creciendo en el Reino Unido, SolidPrint 3D, crea prototipos de alta fidelidad y concept cars, pasando rápidamente de una iteración a otra gracias a una serie de herramientas avanzadas, entre las que se encuentra su gran parque de impresoras Form 3L y Fuse 1.
Uno de los primeros contratos que la empresa acometió fue el concepto del superdeportivo NIO EP9, que encaminó inmediatamente al equipo hacia la producción de prototipos de vehículos de alta fidelidad extremadamente realistas. Sus clientes, entre los que se incluyen Volvo, Nissan, Lotus, McLaren, Geely, TATA y otros, acuden a Vital Auto con ideas para conceptos de automóviles nunca vistos.
Para diseñar, probar y fabricar algo completamente nuevo, Vital Auto recurre a impresoras 3D que pueden producir piezas con una variedad de materiales y con la máxima calidad posible. Sus 14 impresoras 3D, que incluyen varias Form 4L, Form 4 y Fuse 1+ 30W, funcionan las 24 horas del día, los 7 días de la semana, para ajustarse al ritmo de las iteraciones que lleva a cabo la empresa. Las impresoras 3D son una parte fundamental del proceso de trabajo, ya que se usan para crear piezas como rejillas de ventilación, juntas de puertas, galgas de freno y manijas de puertas.
"La impresión 3D nos ha permitido combinar materiales tanto de la SLA como el SLS para resolver las iteraciones de diseño de proyectos específicos. Esto nos permite producir rápidamente múltiples iteraciones combinando ambos procesos por las propiedades específicas de cada uno, con el fin de obtener un diseño final. De este modo, podemos hacer cualquier cosa, desde piezas mecánicas a piezas translúcidas, para comprobar su calidad óptica y su rendimiento".
Anthony Barnicott, ingeniero de diseño
Mejoras en el diseño del conducto de admisión del Toyota Yaris GR gracias a la impresión 3D
Forge Motorsport, un fabricante británico de piezas de recambio de alto rendimiento para coches, utiliza impresoras 3D de Formlabs para crear prototipos y probar funcionalmente piezas de uso final para modelos como el Toyota Yaris GR.
Cuando se lanzó el modelo, los trabajadores de Forge se dieron cuenta de que tenían la oportunidad de mejorar el rendimiento del coche aumentando el tamaño del conducto de admisión y moviendo la abertura de la caja de aire. Estos cambios reducirían las fluctuaciones de la temperatura del aire que entra y facilitarían al conductor predecir el rendimiento del motor, además de reducir su temperatura en general. Tras aplicar ingeniería inversa a la pieza de Toyota y al conjunto que la rodea, pudieron simular el flujo de aire en Solidworks y diseñar un nuevo modelo. Imprimieron en 3D rápidamente el conducto de admisión del vehículo con la Draft Resin para confirmar su encaje y luego pasaron a la Tough 1500 Resin para probar su funcionalidad de uso final.
El cliente utilizó la pieza impresa en 3D en su Yaris GR durante cinco meses, durante los cuales recopiló datos sobre el rendimiento en diferentes condiciones. Como era de esperar, la pieza rediseñada mostró un mejor rendimiento: mientras que la pieza original tenía una variación de temperatura de 42-45 ºC, la pieza impresa en 3D mostró unas temperaturas de aire de admisión de entre 35-36 ºC. Para obtener más información sobre la ingeniería inversa y la impresión 3D de piezas de automóviles, ve nuestro seminario web con Forge Motorsport.
Más información sobre la impresión 3D en el sector automovilístico
Como hemos visto en todos estos ejemplos, la impresión 3D ya ha demostrado repetidamente que ofrece ventajas significativas para el proveedor, el fabricante original y el consumidor, cuando se utiliza de forma creativa para reducir el tiempo de lanzamiento al mercado y mejorar el rendimiento de los vehículos. En algunos casos, la tecnología de impresión 3D está rompiendo barreras y ayudando a conseguir posibilidades totalmente nuevas en el diseño y la producción. En otros, la tecnología está bajando los costes de producción y ahorrando tiempo.
A medida que el sector se vuelva cada vez más consciente del valor y de las realidades de la impresión 3D, y la tecnología y la base de materiales disponibles sean cada vez más versátiles, la fabricación aditiva continuará revolucionando el modo de diseñar, construir y mantener vehículos en todo el mundo.