Cómo Brose usa la tecnología SLA y SLS para potenciar la producción automovilística

Uno de cada tres vehículos nuevos que salen de la cadena de montaje hoy en día tiene al menos un componente fabricado por Brose, uno de los cinco proveedores automovilísticos regentados por una familia más grandes del mundo. La empresa fue fundada hace más de 100 años en Berlín por Max Brose y ha pasado de ser un negocio de comercialización de accesorios para automóviles a ser el líder del mercado de sistemas mecatrónicos. Sus productos (principalmente, conjuntos de piezas para asientos, elevadores de carga y puertas) se diseñan y se producen para las mayores marcas del sector del automóvil: BMW, Volvo, Ford, Mercedes, Jeep, etc.

El crecimiento constante de Brose y el éxito de sus colaboraciones de larga duración con estos fabricantes de equipamiento se deben en parte al compromiso de la empresa con una innovación y mejora continua. La impresión 3D es el corazón de múltiples iniciativas en los procesos de diseño y fabricación para uso final de Brose, y ha ayudado a Brose a adaptarse y responder a todos los vertiginosos cambios de la industria automovilística.

Visitamos Brose North America (su sede principal de Auburn Hills, en el estado de Michigan) así como Brose New Boston, uno de sus mayores centros de fabricación para uso final (situado en New Boston, también en Michigan), para ver cómo han puesto en práctica potentes impresoras 3D de estereolitografía (SLA) y sinterizado selectivo por láser (SLS). El director de prototipado de su sección de asientos, Mattias Schulz, que también dirige el departamento de fabricación aditiva en la región, nos habló de cómo Brose usa la impresión 3D en todo su proceso, desde el diseño hasta la fabricación, para producir piezas de uso final con plazos ajustados para otros fabricantes.

El prototipado es una aplicación perfecta (y conocida) para la impresión 3D. Aunque Brose utiliza diversas impresoras 3D de modelado por deposición fundida (FDM), SLA y SLS para crear prototipos, sus cantidades no son necesariamente las que se podría esperar de piezas de prueba de concepto. Para Brose, un volumen de fabricación para los prototipos es más cercano a 500 o 1000 piezas. 

"Usamos la impresión 3D a una escala mayor. El "prototipado" implica que tenemos que imprimir varios cientos de piezas, relacionadas en su mayoría con el número de ensayos que tenemos que realizar. No solo cumplimos con normas internas y externas, sino también con los requisitos federales de EE. UU. Por supuesto, esto requiere que hagamos una cierta cantidad de piezas, lo que suele llevar a que haya que imprimir 700 u 800 piezas para un prototipo", dice Schulz. 

Para un proyecto, el equipo de prototipado necesitaba usar un amortiguador de silicona blanda que va instalado en el conjunto del asiento. A medida que el asiento se mueve hacia delante sobre su armazón, la pieza amortigua el sonido y mejora la sensación háptica y acústica que transmite el movimiento del asiento al usuario. Para pedir estas piezas a un proveedor en serie en el extranjero, la cantidad mínima del pedido era de millones, y Brose solo necesitaba unos pocos cientos de piezas para usarlas en una prueba de diseño preliminar. 

Además del coste elevado de pedir varios millones de piezas y traerlas desde el extranjero, el tiempo de entrega era de varias semanas, y los millones de piezas que no eran necesarias habrían requerido espacio de almacenamiento antes de acabar convirtiéndose en desperdicios. En lugar de pedir la pieza a un proveedor externo, el software CAD que tenían se utilizó para imprimir en 3D rápidamente cientos de ellas en la Form 4. Estuvieron listas en una semana y la solución redujo los costes y tiempos de entrega generales de todo el proyecto.

Cuando aumenta la complejidad, el tamaño y la cantidad necesaria de los componentes, Brose recurre a su parque de tres impresoras 3D SLS de la serie Fuse para el prototipado y la producción. Gracias a su lecho de impresión autosostenible, la impresión 3D SLS permite realizar impresiones con todo el volumen de impresión ocupado y la resistencia y las propiedades mecánicas del nylon sinterizado hacen que la tecnología sea ideal para componentes de uso final. En un proyecto reciente, el equipo de fabricación aditiva de Brose utilizó tanto la tecnología SLA como la SLS para crear un prototipo de una base de suspensión de asiento.

Imprimieron las piezas translúcidas y ligeramente flexibles con la Durable Resin en sus impresoras 3D SLA de la serie Form, y los tubos de conexión de la base con el Nylon 12 GF Powder en sus impresoras de la serie Fuse. Por cada prototipo de base había seis piezas de SLS y tres piezas de SLA, pero en total, el equipo montó 150 bases de suspensión completas para someterlas a ensayos como parte de los conjuntos completos de los asientos.

Con herramientas internas de prototipado rápido, Brose puedo realizar el diseño, el ensayo y la iteración de un componente esencial de su producto de conjunto de asiento sin utillaje ni externalización. "A veces, la respuesta es combinar la SLA y el SLS, como hacemos con esta base de suspensión para un asiento. Una herramienta de sobremoldeo resulta muy cara y compleja, por lo que hemos diseñado las piezas de SLS para que se cierren sobre el cable y hemos instalado las piezas de SLA sin poscurar sobre el cable y las hemos curado así", dice Schulz.

La fabricación aditiva no solo se está utilizando como una herramienta de prototipado en Brose, sino que también se está integrando la tecnología en todos los departamentos de la empresa como parte de su plan Plant Goes Additive, que se lanzó en 2022. La fabricación de automóviles es ininterrumpida y está muy controlada: cada parte del proceso se ha optimizado para maximizar su eficiencia, su seguridad y la excelencia del producto.

Como dice Schulz, el sector automovilístico ha estado cambiando con rapidez, sobre todo en los últimos cinco años. El auge de los vehículos eléctricos, la creciente demanda de detalles personalizados y posibles problemas en las cadenas de suministro han hecho que los fabricantes de equipo original inviertan más en la fabricación aditiva como una alternativa fiable para producción.

"Cada vez más clientes nos piden tecnología aditiva. También tiene un papel en la interfaz para los clientes finales, ya que les gusta tener más personalización en sus vehículos y, por lo tanto, los fabricantes de equipamiento original cada vez piden más y más tecnología aditiva", dice Schulz.

Imprimir en 3D piezas de uso final no siempre ha sido posible, sobre todo en un sector como la industria automovilística, lleno de normas estrictas. El equipo de fabricación aditiva de Brose se aseguró de pasar a la producción de uso final solo cuando la calidad del hardware y los materiales pudieran producir piezas de alto rendimiento de forma fiable.

Brose usa la impresión 3D para la producción de uso final como una alternativa asequible y rápida a la fabricación tradicional. Cuando un fabricante de equipamiento pide una pieza o un cambio en una pieza ya existente para los que no se puede fabricar utillaje ni realizar una producción en masa lo bastante rápido, la división de fabricación aditiva de Brose evalúa si la impresión 3D es un método adecuado para producirla. Una gran parte de ese proceso es la ingeniería inversa y el escaneo de componentes existentes.

Este componente es un seguro para un cable Bowden; 20 000 de estas piezas se imprimirán en el parque de impresoras 3D SLS de la serie Fuse y se incluirán en el conjunto final del asiento para entregarlos a un fabricante conocido.

"Brose decidió incorporar en la empresa el SLS con Formlabs porque la tecnología SLS hace posible una impresión 3D rápida que tiene menos requisitos de posacabado que los que vemos en la SLA. Podemos imprimir grandes cantidades de piezas, que es algo que nos hace falta para imprimir de forma provisional o producir otras piezas de uso final para clientes relacionadas con fabricantes de equipamiento", dice Schulz.

Con tres impresoras 3D SLS de la serie Fuse trabajando sin parar para producir prototipos, accesorios para la fabricación y cientos de miles de componentes de uso final, es crucial que la producción sea fiable y repetible. El equipo utiliza el Nylon 12 GF Powder por su precisión dimensional y por su parecido con el nylon moldeado por inyección, incluso con cantidades de producción. Después de cada impresión llena, una comprobación rápida de mantenimiento en la Fuse 1 y la Fuse 1+ 30W lleva solo unos quince minutos, asegurando que la producción sea continua y eficiente.

"Formlabs sabe cómo construir una impresora fácil de mantener. El equipamiento es muy fiable y apenas vemos impresiones fallidas, por lo que podemos dedicarnos a imprimir mayores cantidades de piezas y tener la confianza de pasar a la producción", dice Schulz.

El compromiso de Brose de mejorar continuamente ha hecho que invierta en nuevas tecnologías como la fabricación aditiva y la automatización para optimizar sus procesos u ofrecer soluciones innovadoras para cada uno de sus clientes. A medida que la impresión 3D empieza a cobrar una importancia cada vez mayor en la empresa, defensores de ella como Schulz están decididos a encontrar nuevas formas de aprovechar sus tiempos de entrega rápidos y sus costes (con frecuencia) más reducidos. 

Con herramientas rápidas y potentes como la Form 4, la Form 4L y la serie Fuse, el prototipado, los accesorios para la fabricación y los componentes de uso final se pueden entregar en horas o días, en vez de semanas o meses. "Formlabs es el socio adecuado con el que trabajar. Necesitábamos una solución lista para usar que pudiera producir piezas en grandes cantidades y con menos asistencia de ingeniería. El software, la asistencia y las impresoras que ofrece Formlabs son la combinación adecuada".

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