Aplicación de la Impresión 3D en la Automoción

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En el mundo no habría progreso si siempre nos mantuviésemos en la misma línea; la innovación implica la introducción de novedades, salir de lo común. Tanto fabricantes de automóviles como la cadena de proveedores están introduciendo ya la impresión 3D en sus procesos, lo que permite la obtención de modelos conceptuales duraderos, prototipos, herramientas y piezas de uso final de cadencia baja-media. De esta forma, la tecnología 3D adquiere cada vez más importancia como método alternativo de fabricación de componentes y prototipos.

La sostenibilidad en el sector de la automoción no debe contentarse únicamente con la fabricación de vehículos más limpios en carretera, gracias al uso de combustibles alternativos; sino que también debe preocuparse por el cómo y el dónde se fabrican. Gracias al ahorro en el consumo de materiales y a la eliminación de residuos que permite la tecnología 3D, y junto con la confidencialidad del producto, se mantiene la competitividad en el sector. El escaneado y la impresión 3D resultan la opción idónea para la fabricación de automóviles de un modo más sostenible y económico.

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Por otro lado la aplicación de esta tecnología en el ámbito laboral viene acompañada de una mejora en la productividad, en la comodidad de los trabajadores, en la facilidad de uso y en la repetitividad del proceso. Todo esto sin olvidarnos de la libertad que permite al diseño, hasta el punto que los ingenieros pueden dar vida a creaciones que por otros métodos más  convencionales no podrían obtener o cuyos costes serían demasiado elevados (los diseños de las herramientas que se pueden crear no pueden ser fabricados por mecanizados o moldes). Estos diseños pueden contribuir a una mejora en el manejo, una reducción en el peso, etcétera; lo que se concreta en una mejora de las condiciones laborales.

Aplicaciones

La forma de fabricación de estas impresoras por adición de material en capas de hasta 16 micras, perfectas para automoción, permiten la reproducción de cuerpos complejos que mediante los procesos convencionales de corte de metal resultarían muy difíciles y costosos de producir.

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Hoy en día, tecnologías de impresión en 3D tales como la sinterización por láser (SLS), la multi inyección de material (MJP) y la estereolitografía (SLA), son utilizadas por grandes empresas del sector para ahorrar millones de euros en el desarrollo de sus productos, eliminando la necesidad de fabricar herramientas especiales o moldes específicos para piezas prototipo que, mientras se va definiendo el diseño definitivo, probablemente se tengan que modificar en varias ocasiones. Pero la utilidad de esta tecnología no solo llega hasta aquí, sino que una mejora de la calidad laboral podría venir dada por una reducción importante en el peso de las herramientas que utiliza el operario; esta disminución del peso sería la consecuencia de sustituir los núcleos sólidos de las herramientas de montajes manuales por nervios internos. Evidentemente, esto repercutiría muy positivamente en la fatiga del trabajador.

El tipo de fabricación que nos ofrecen estas impresoras 3D para automoción, permite al máximo ahorro de material, obteniéndose un porcentaje de residuos o chatarra muy próximo al 0%; de esta forma se permite que la producción sea más ecológica o sostenible. Para ser más claros, hablamos de que para producir una pieza de un kilo de peso, únicamente necesitaríamos un kilo de material; ni 3, ni 5, ni 20… Quizás suene algo utópico pensar que eso pueda ocurrir, pero con la impresión 3D  es una realidad constatable.

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La aplicación de esta tecnología en un departamento de I+D+I puede ayudar a producir piezas prototipo de forma exageradamente más rápida, reduciendo notablemente el tiempo empleado en su desarrollo. Por ejemplo, la fabricación del prototipo de un colector de admisión de un vehículo, requiere un tiempo de espera cercano a los 4 meses, y con un coste que ronda los 350.000 €. El mismo prototipo realizado con una impresora 3D se podría imprimir en sólo 4 días, sin la necesidad de fabricar ningún utillaje especifico, y con un coste que rondaría los 3.000€.

 

Durante las fases iniciales de diseño, la alta precisión y la resistencia estructural de las piezas fabricadas con una impresora 3D para automoción, permiten al equipo de desarrollo evaluar los productos y el ensamblaje de los mismos.  Además, dado que la precisión de la pieza impresa puede rozar la perfección, el rendimiento del material, dependiendo de la aplicación, es también excelente, satisfaciendo así, plenamente, los requerimientos tecnológicos que se necesitan en este sector. Del mismo modo, la alta calidad de las piezas permite la evaluación temprana de los requisitos de montaje y de producción. Si un problema en la producción requiere cambios en el producto, el equipo de I+D+I puede responder rápidamente al probar, al instante, diseños modificados.

 

Por otra parte, en el sector de la automoción, muchos de los procesos y productos deben cumplir con los estándares nacionales de calidad y seguridad más exigentes, sin dejar de ser, al mismo tiempo, altamente competitivos. A esto se le añade que la oferta de productos al mercado debe ser rápida y rentable. En ocasiones nos encontramos con que los métodos convencionales no permiten la precisión y el detalle que exige el diseño, a lo que hay que sumar la demora derivada de los largos ciclos de producción.

Por otro lado, la subcontratación puede generar enormes cantidades de transferencia de datos técnicos y de comunicación, la exposición de la compañía a pérdidas potenciales debido a la fuga de tecnología, los errores de proceso y las complicaciones logísticas, sin olvidar el plazo de fabricación que te dé el proveedor. Para superar estos retos, así como para reducir los costes de desarrollo e investigación, la adquisición de una impresora 3D puede ser la solución,  además de constituir una gran ventaja competitiva respecto a los demás.

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La impresora 3D también ayudará a una reducción considerable de tiempo y al ahorro de costes, pues permite evitar esperas largas en la recepción de los modelos nuevos y así como de las modificaciones realizadas a los mismos.  Lo más espectacular es que el tiempo necesario para producir un prototipo se puede llegar a reducir de un período de tiempo de unos 23 días a tan sólo 1 o 2 días de duración.

Por parte del escaneado en 3D, esta tecnología nos ayudará de una manera eficiente en tiempo-costo y al mismo tiempo efectiva de obtener una mejor comprensión de los errores que cometen o han cometido otros fabricantes de automóviles y así evitar cometerlos nosotros mismos. Al mismo tiempo, puede ser utilizado para un benchmarking competitivo y para agilizar el proceso de desarrollo del producto.

Esta tecnología de escaneado en 3D puede ser utilizada para capturar imágenes precisas en 3D de vehículos de competidores tantos estructuralmente como a nivel de componentes. Así, haciendo ingeniería inversa, compararemos estos modelos digitales obtenidos con los propios, para la obtención de mejoras. También es aplicable como complemento del área de metrología, quien podrá utilizarla para la validación de piezas; para la revisión de procesos de fabricación, en este caso por parte del departamento de calidad y resolución de irregularidades en las piezas. El escaneado puede ir desde la pieza más pequeña hasta vehículos completos, incluyendo componentes que se encuentran ocultos debajo de la carrocería.

 

Uno de los nexos de unión entre ambas tecnologías puede venir dado por la fabricación, a partir de un diseño, de un modelo a escala real por medio de una impresora 3D. Después de esto se realiza un escaneado de cada pieza para realizar, posteriormente y de forma digital, un ensamble del vehículo. De esta forma se podrán hacer registros de su posición en el espacio, así como de su orientación, lo que permitiría establecer una comparación del vehículo acabado y escaneado con el modelo matemático, identificando, así, el origen de los problemas de ajuste y de acabado del automóvil que puedan surgir, no habiendo lugar oculto alguno para un problema de calidad en este.

Conclusiones

Ninguna empresa puede permitirse el lujo de prescindir de una tecnología de creación rápida de prototipos para el desarrollo de productos. Teniendo en cuenta que los campos de aplicación pueden ser también muy diversos y que, con el paso del tiempo, éstos irán aumentando, se puede apreciar, cada vez más, la importancia de esta tecnología como método alternativo de fabricación de componentes en pequeñas y medianas cantidades.

 

Las variables a tener en cuenta para la correcta elección de una impresora 3D para automoción, y del material de impresión son varios: la temperatura, la exposición química, la precisión y la carga mecánica. Por poner un ejemplo, existen diferentes piezas dentro de un vehículo que, perfectamente, podrían ser fabricadas con un material ABS, un material que se aproxima notablemente a la poliamida ya que, de hecho, reúne muchas de sus características.

Es evidente que en un futuro (muy próximo) la fabricación de moldes y matrices para uso en herramientas para fabricación en serie mediante esta tecnología será todo un hecho, lo que reducirá enormemente los costes de elaboración y de ajuste de los mismos. ¿Y por qué no pensar, también, en la posibilidad de impresión de piezas metálicas en serie, en lugar de sólo piezas de plástico para prototipos?

La impresión 3D es ya una realidad y, esto, sólo acaba de empezar…

Prudencio Lozano Cañadas
Ingeniero Electrónico y Director Internacional de Proyectos Industriales
plozano@sicnova3d.com