3ERP ha analizado las diversas maneras en que los fabricantes de automóviles se benefician de las ventajas que ofrece la impresión 3D. A medida que esta tecnología se consolida en la industria automotriz, muchas empresas la tienen en cuenta, aunque la utilizan de diferentes maneras y para diversos fines. Estas necesidades abarcan desde herramientas y repuestos hasta la gestión de la cadena de suministro, pasando por piezas de uso final e incluso automóviles completos.
Resulta interesante observar el progreso de esta tecnología, cómo la emplean las grandes empresas del sector y hacia dónde prevén su integración en sus futuras cadenas de producción. Este artículo pretende ofrecer una perspectiva sobre las diversas maneras en que algunos de los mayores fabricantes de automóviles del mundo utilizan la impresión 3D en sus procesos de trabajo.
BMW
Dado que la impresión 3D se utiliza principalmente para producciones de bajo volumen, ofrece un amplio margen para la personalización y la incorporación de complejidad mediante las características únicas que permite esta tecnología. BMW tiene amplia experiencia en este tipo de diseño y fabricación, empleando la impresión 3D en el predesarrollo, la validación y las pruebas de vehículos, así como en prototipos y exhibidores. Si bien utilizan esta tecnología para grandes volúmenes, las producciones de menor volumen les permiten personalizar los productos según las necesidades específicas de cada cliente.
La empresa ha utilizado ampliamente la fabricación aditiva, señalando que vislumbra un gran potencial futuro para la producción en serie y nuevas ofertas para clientes (según los expertos de BMW en Alemania). Han empleado esta tecnología para mejorar componentes tanto de plástico como de metal. Su colaboración más destacada ha sido con HP para la producción de productos en sus sistemas de fabricación a gran escala.
Al igual que muchas otras empresas de esta lista, BMW la ha utilizado para producir piezas que otras tecnologías no pueden fabricar. Un buen ejemplo es la cubierta superior del i8 Roadster. Fabricar el soporte para este componente no habría sido posible con un proceso de fundición tradicional. Además de ampliar las posibilidades de diseño, la pieza impresa en 3D es más duradera y pesa menos que las versiones anteriores.
De forma similar, BMW presentó el monoplaza iFE.20 de Fórmula E con un eje de refrigeración impreso en 3D fabricado con fibras de lino. Esta pieza se mostró a finales de 2019. En comparación con los materiales de carbono habituales, el lino ofrece mayor absorción de impactos y mayor resistencia a los mismos, lo que puede resultar ventajoso en los circuitos urbanos con sus baches y barreras de seguridad, donde se disputa la Fórmula E. Esto lo convirtió en el primer coche de carreras de BMW, alineado por un equipo oficial, con piezas fabricadas con fibras textiles renovables, lo que también lo hace respetuoso con el medio ambiente.
Guantes BMW con pulgar protegido
La empresa también utiliza la impresión 3D para herramientas y seguridad. Un buen ejemplo son los guantes especializados que usan para colocar los tapones de los desagües. Estos tapones deben colocarse manualmente con los dedos del técnico, lo que supone un gran esfuerzo para los pulgares. Por suerte, encontraron una solución mediante impresión 3D que se puede adaptar a los guantes de trabajo.
Además de su trabajo en sus propios automóviles, los ingenieros de la compañía han colaborado en proyectos externos. Un ejemplo es el desarrollo de los asientos personalizados impresos en 3D para el equipo británico de baloncesto paralímpico. Mediante escaneos corporales en 3D y la tecnología más avanzada de fabricación aditiva, los ingenieros de BMW construyeron una flota completa de sillas de ruedas que permitió a los jugadores demostrar un mayor nivel de destreza atlética.
Ford
Plantillas y accesorios de Ford
En lo que respecta al compromiso con la impresión 3D, Ford se ha volcado de lleno en esta tecnología. La compañía instaló un centro de fabricación aditiva e integró ampliamente sus operaciones en sus flujos de trabajo. Para la creación de piezas de plástico y metal, mantiene una larga colaboración con diversas empresas como Ultimaker, Stratasys y GE Additive, que proporcionan máquinas para todo tipo de aplicaciones de fabricación aditiva a lo largo de la cadena de producción.
También utilizan la impresión 3D para reducir costes y tiempo de fabricación de utillaje, ya que la empresa comprobó que era más rápido fabricar sus propias piezas en sus instalaciones que esperar a los proveedores y demás. Aplican estos mismos principios a las plantillas y dispositivos de fijación, que desarrollan en instalaciones de todo el mundo.
En las últimas décadas, han expandido sus operaciones de impresión 3D, fabricando componentes tanto de metal como de plástico. Como afirma la empresa: « En las últimas décadas, Ford ha impreso más de 500 000 piezas, ahorrando miles de millones de dólares y millones de horas de trabajo. Mientras que con los métodos tradicionales se habrían necesitado entre 4 y 5 meses y un coste de 500 000 dólares para producir un prototipo, una pieza impresa en 3D se puede fabricar en cuestión de días u horas por un coste de tan solo unos miles de dólares ».
De igual manera, las distintas filiales de Ford han demostrado su destreza en la fabricación aditiva, especialmente los equipos de diseño del Shelby GT500. Este año, imprimieron en 3D los diseños más prometedores del nuevo GT500 en cuestión de días, lo que aceleró enormemente las fases de mejora y pruebas. Este ritmo les permite perfeccionar el Shelby GT500 poco a poco, incorporando nuevos diseños físicos a una velocidad vertiginosa. También desarrollaron un nuevo diseño híbrido de alerón y spoiler que el equipo denomina «el swing». Este nuevo diseño es un factor clave en las impresionantes capacidades aerodinámicas del GT500.
Motor EcoBoost
La compañía alcanzó otro hito importante en la impresión 3D en febrero. Su división Ford Performance, especializada en componentes de alto rendimiento, imprimió en 3D lo que afirman ser la pieza metálica automotriz más grande jamás fabricada para un vehículo en funcionamiento. La pieza metálica se instaló en el Hoonitruck, un Ford F-150 de 1977 con un motor V6 EcoBoost biturbo de 3.5 litros. La pieza en sí es una entrada de colector de admisión de aluminio, impresa con la Concept Laser X LINE 2000R de GE Additive.
Volvo
Aunque no es el usuario más destacado de la impresión 3D en la industria automotriz, Volvo ha logrado grandes avances en este campo en los últimos años. Al igual que muchas otras empresas de esta lista, Volvo ha utilizado la impresión 3D para la fabricación de herramientas y la gestión de la cadena de suministro. El uso de la impresión 3D ha sido particularmente útil para reabastecer las máquinas de la compañía con nuevas piezas impresas para componentes que ya no se fabrican. Volvo utiliza principalmente piezas de plástico impresas en 3D y planea implementar piezas metálicas en un futuro próximo.
En 2018, la empresa utilizaba la fabricación aditiva principalmente para la creación de prototipos y herramientas. « Como solo necesitamos producir volúmenes bajos de piezas para la creación de prototipos, es una buena manera de comprobar qué funciona», afirma Fredrick Andersson, ingeniero de desarrollo de la instalación del sistema de propulsión de las cargadoras de ruedas en Volvo CE (equipos de construcción). «Contamos con un amplio conocimiento y podemos realizar cambios de forma rápida y sencilla con la impresión 3D. Gracias a esto, el tiempo de comercialización de un nuevo producto es menor, lo que supone una gran ventaja para nuestra empresa ».
La mayor velocidad en la creación de prototipos ha sido de gran ayuda para la empresa, como lo demuestran las diversas tecnologías nuevas que estaban probando. Por ejemplo, los ingenieros de Volvo diseñaron nuevas carcasas para las bombas de agua de los vehículos A25G y A30G. Realizaron simulaciones para optimizar el diseño de los conductos internos de la carcasa, pero necesitaban construir un prototipo para realizar pruebas funcionales y validar el nuevo diseño. El costo de las herramientas para este proyecto habría sido de aproximadamente $9,090, y el costo de la pieza de alrededor de $909. El tiempo de producción del prototipo habría sido de al menos 20 semanas. En cambio, la impresión 3D del prototipo costó $770 y solo tomó dos semanas.
Sin embargo, en 2019 la empresa elevó el nivel de sus procesos de fabricación aditiva, especialmente en su división Volvo Trucks. Su planta de New River Valley (NRV) en Dublin, Virginia, acaparó titulares este año en el sector manufacturero. Si bien utilizan principalmente la tecnología SLS, también han experimentado con otros métodos de fabricación aditiva. Esta planta produce más de 500 herramientas y accesorios de fabricación utilizados en la planta de producción, fabricados mediante impresión 3D. Además, es un importante centro para la ingeniería automotriz en Norteamérica.
Además de vehículos comerciales, la empresa también desarrolla maquinaria de construcción. Y, efectivamente, la impresión 3D ha dejado su huella en este ámbito de sus operaciones. Volvo la aplicó para rediseñar sus camiones articulados, reduciendo así el coste de prototipado en un 3%. Esto también les permitió reducir el tiempo de desarrollo de 20 a tan solo 2 semanas.
GM
General Motors y sus diversas filiales son importantes usuarias (y desarrolladoras) de la tecnología de impresión 3D. En 2018, GM ahorraba 300 000 dólares anuales en herramientas y estaba realizando avances significativos en el desarrollo de nuevas tecnologías que utilizan fuentes de combustible alternativas. El fabricante de automóviles líder anunció el año pasado que planea lanzar 20 nuevos modelos eléctricos y de pila de combustible a nivel mundial para el año 2023.
Si bien sus operaciones de impresión 3D se han centrado principalmente en la creación de prototipos, están en expansión. La compañía planea aumentar su capacidad de impresión para producir decenas de miles de piezas a gran escala a medida que la tecnología mejore , según Kevin Quinn, director de diseño y fabricación aditiva de GM. Es probable que este plan se desarrolle en los próximos cinco años.
El Centro Tecnológico Warren de la compañía produce aproximadamente 30 000 prototipos al año. Estos prototipos están fabricados con al menos nueve tipos de materiales, combinando plásticos, metales y polvos. Se utilizan principalmente para la creación de prototipos, pero la compañía también está explorando la posibilidad de desarrollar piezas para uso final. Además, comparte la propiedad de los laboratorios HRL con Boeing, que finalmente produjo una aleación de aluminio mediante impresión 3D.
Dan Grieshaber, director de integración de fabricación global de GM, afirmó que la mayoría de las fábricas de GM ya cuentan con impresoras 3D. La compañía planea aumentar aún más su uso, al menos en sus fábricas de Norteamérica. Es probable que esta medida le ahorre a GM millones de dólares anuales en costos de producción. GM ha invertido desde hace tiempo en la impresión 3D y sus diversas tecnologías derivadas. La están aplicando para la rápida fabricación de herramientas y accesorios para los trabajadores de sus plantas. Este mismo año, la compañía declaró que la implementación de una impresora 3D de 35 000 dólares le ha ahorrado 300 000 dólares en dos años. Si bien la producción de herramientas es la función principal de la impresora, es posible que la compañía aumente el papel de la fabricación aditiva en sus operaciones diarias.
Soporte de GM desarrollado en colaboración con Autodesk.
Su colaboración con Autodesk ha sido beneficiosa para la fabricación de piezas ligeras impresas en 3D que podrían ayudar al fabricante de automóviles a alcanzar su objetivo de incorporar vehículos de combustible alternativo a su gama de productos. Como parte de esta misma colaboración, en 2019 ambas compañías presentaron un soporte de asiento impreso en 3D, fabricado en acero inoxidable y desarrollado con la tecnología de Autodesk.
A principios de 2019, GM exploraba una novedosa aplicación de diseño para la impresión 3D. En colaboración con Michelin, buscaban producir un nuevo tipo de neumático con una durabilidad superior. El neumático Uptis aún está en desarrollo, pero las empresas ya han pasado a la fase de pruebas. Afirman que los neumáticos serían 100 % sostenibles, resistentes y con una vida útil aún mayor. Además, representan una alternativa mucho más ecológica, con menos residuos durante su producción. Recientemente, los ingenieros utilizaron una flota de vehículos eléctricos Chevrolet Bolt para probar los nuevos neumáticos en Michigan y han planteado la posibilidad de ponerlos a disposición del público en 2024.
Porsche
Porsche ha utilizado la impresión 3D para diversos fines, desde componentes principales hasta la reinvención de la cadena de suministro de sus modelos más antiguos. Actualmente, Porsche la emplea para producir piezas de repuesto muy específicas, aunque de forma limitada. Esto se debe a los estrictos estándares de calidad que deben cumplir para garantizar la seguridad. Además, la empresa trabaja con un volumen de producción menor, ya que se especializa en automóviles clásicos y de lujo.
Para el desarrollo de componentes que ya no se fabrican, como la palanca de liberación del embrague del Porsche 959, la empresa emplea la fusión láser. Utilizan acero para herramientas en polvo y obtienen la pieza de forma mucho más eficiente que con otros métodos.
El uso de la impresión 3D también ha permitido a la empresa avanzar hacia la impresión bajo demanda, lo que reduce considerablemente los costes asociados a los materiales, el transporte y el almacenamiento. Esto resulta beneficioso, ya que estas piezas no tienen una gran demanda y su producción constante suele ser costosa. Porsche es conocida por su colaboración con Markfordged en la recuperación de estas piezas clásicas.
Principalmente, utilizan SLM y SLS para las distintas piezas que necesitan producir. Porsche ha declarado que las piezas impresas en 3D son superiores a las antiguas en muchos casos. Si bien actualmente imprimen un número limitado de piezas, han estado ampliando su catálogo desde 2018 y probando futuros componentes.
