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Estudos de casos da indústria automotiva

A prototipagem é a força motriz por trás dos grandes automóveis

Os gigantes automobilísticos BMW e Jaguar Land Rover — bem como os fornecedores de acessórios como a Minimizer — descobriram que nada acelera mais o design e a produção automotiva do que a impressão 3D.

Lateral esquerda de protótipo FDM da Lamborghini

O Aventador, automóvel esportivo de dois lugares que é o novo carro-chefe da Lamborghini, foi considerado o Carro do Ano Top Gear de 2011. Ele é capaz de acelerar de 0 a 100 km/h em 2,9 segundos, possui velocidade máxima de quase 370 km/h e custa um pouco menos de US$ 400.000. O Aventador é 9% mais potente, 20% mais econômico e 6% mais leve que a geração anterior, o Murciélago.

A chave para o desempenho extremo do Aventador é sua estrutura monocoque de material compósito reforçado de fibra de carbono (CFRC), o que constitui o núcleo da integração carroceria-chassi. O monocoque é uma concha em CFRC única com 203 cm de comprimento por 186 cm de largura e 100 cm de altura, o maior componente fabricado em CFRC de qualquer automóvel de produção. O monocoque pesa cerca de 147 kg, enquanto que o conjunto completo de carroceria e chassi possui o incrível peso de apenas 230 kg.

Apostas elevadas

Lateral direita de protótipo FDM da Lamborghini

A Automobili Lamborghini S.p.A. pertence à Audi, parte do Volkswagen Group juntamente com outras marcas como Porsche, Bugatti e Bentley. O Laboratório de estruturas compósitas avançadas da Automobili Lamborghini — ou Laboratório Lamborghini, para encurtar — na Universidade de Washington formou uma parceria com a Lamborghini para fornecer testes mecânicos, aprimoramento de processos, controle de qualidade e design detalhado para os componentes de CRFC que respondem por até 50% do peso do Aventador. Muitos protótipos físicos foram necessários para validar o ajuste do conjunto, verificar caminhos de carga eficientes e identificar e corrigir problemas que eram invisíveis na tela do computador.

“Precisávamos acertar o design logo na primeira vez porque a máquina usada para produzir apenas o monocoque custava vários milhões de dólares”, disse Paolo Feraboli, professor de materiais aeronáuticos e estruturas da Universidade de Washington e diretor do Laboratório Lamborghini.

Como exemplo, a abordagem tradicional à construção de um protótipo da bacia interna do monocoque teria sido criar ferramentas em escala e modelar o protótipo usando CFRC. A estimativa é que teriam sido gastos quatro meses e US$ 40.000 para construir a ferramenta e produzir a peça em escala.

“Estávamos interessados em saber se havia algum método de prototipagem rápida que poderia produzir peças resistentes o suficiente para suportar os estresses causados pela montagem e pela manipulação”, disse Feraboli. “Também estávamos interessados em criar ferramentas rápidas para instalar peças menores, o que requer resistência mecânica e desempenho sob temperaturas elevadas.”

Um sistema ideal

Monocoque inferior de protótipo FDM da Lamborghini

O envelope de montagem do sistema Fortus foi grande o suficiente para produzir um modelo em escala 1/6 da carroceria e do chassi em uma peça. O Laboratório Lamborghini construiu protótipos completos em escala 1/6 da carroceria e do chassi em dois meses, incluindo a impressão e a montagem das partes. O tempo de construção da bacia interna foi de 6,3 dias e o custo com materiais foi de US$ 560. O tempo total de montagem e processamento, incluindo a remoção de suportes, lixamento, pintura, etc., foi de 20 dias. O custo total, incluindo materiais, mão de obra e tempo de máquina foi de US$ 3.000.

“O sistema Fortus mostrou-se ideal devido à sua versatilidade para imprimir modelos de alta resistência e alta resolução em termoplásticos industriais, além de ferramentas personalizadas para compósitos em plásticos de engenharia de alto desempenho. Tudo isso a uma fração do custo dos métodos de manufatura tradicionais”, disse Tom Goulet, da CIMtech, revendedora da Stratasys baseada em Seattle.

Muitas iterações

“As muitas iterações de protótipos produzidas durante o processo de design foram instrumentais para proporcionar um melhor ajuste durante a montagem e aprimoraram em muito os caminhos de carga”, disse Feraboli.

A Automobili Lamborghini S.p.A., estabelecida em Sant’Agata Bolognese, na Itália, também possui duas máquinas Stratasys: um sistema de produção 3D Fortus e uma impressora 3D Dimension. Maurizio Reggiani, vice-presidente sênior e CTO da Lamborghini, disse: “Fizemos uso extensivo da FDM para criar protótipos funcionais da novíssima transmissão de sete marchas do Aventador, a qual é capaz de proporcionar tempos de troca de apenas 50 milissegundos, o mais rápido de qualquer veículo de produção.” A transmissão com embreagem simples, baseada no conceito de haste de mudança independente, é um recurso exclusivo do Aventador, juntamente com o monocoque em CFRC e as suspensões push rod.

Logo após a apresentação do Aventador, a Lamborghini anunciou que a empresa já havia vendido a produção do primeiro ano. “O Aventador é a primeira etapa”, disse Feraboli. “As fibras de carbono não são apenas para automóveis de alto desempenho. Elas podem melhorar o consumo e reduzir as emissões em qualquer automóvel. Estamos planejando usar mais e mais fibra de carbono nos veículos de maior produção no grupo.”

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