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Estudios de caso del sector de automoción

El prototipado es la fuerza motriz que hay detrás de grandes automóviles

Gigantes de la automoción tales como BMW y Jaguar Land Rover, además de eficientes proveedores de repuestos como Minimizer, han descubierto que no hay nada como la impresión 3D para acelerar el diseño de automoción y la fabricación.

Modelo 3D de conducto de ventilación de Jaguar

Antecedentes

Jaguar Land Rover instaló una impresora Objet Connex500 en verano de 2008. Se decidieron por la impresora 3D por su capacidad de impresión en varios materiales, que permite combinar dos materiales distintos y hacer uso de sus mejores características para dar lugar a modelos de calidad superior.

Desde el año 2000, las dos marcas internacionales de primer nivel Jaguar y Land Rover están en manos de un único titular, en un primer momento dentro de Ford Motor Company y ahora como filial británica del grupo indio TATA.

Las dos marcas iniciaron sus actividades en un primer momento con unas perspectivas completamente distintas. El primer Jaguar, el SS100, se presentó en 1935 como el primer deportivo asequible capaz de alcanzar una velocidad de 100 millas por hora. Gracias a sus líneas clásicas y a su elevado rendimiento se convirtió en la inspiración de una línea de automóviles Jaguar sobresaliente que destacaba por su velocidad, su comodidad y por los trofeos en competiciones.

Por su parte, el primer Land Rover 80 Serie 1, fabricado en 1948, tenía unas características completamente diferentes, se trataba de un ‘vehículo multiuso’ con un diseño robusto, sin florituras y con capacidades todoterreno. Actualmente Jaguar Land Rover (JLR) fabrica ocho líneas de vehículos. Para garantizar la destacada posición en el mercado de estas líneas, casi el 20% del personal de Jaguar Land Rover se dedica al desarrollo de producto, utilizando las técnicas CAD más avanzadas con prototipado y mecanizado in situ para probar los diseños con rapidez. Además de la fabricación de modelos por control numérico y de talleres bien equipados, las capacidades de prototipado incluyen diversas máquinas de prototipado rápido que utilizan estereolitografía, sinterizado láser y tecnologías de inyección de polímeros.

Prototipado de piezas directamente a partir de los datos de CAD

Modelo 3D de piezas de vehículos

Jaguar Land Rover invirtió en 2008 en la Objet Connex500 para ampliar sus capacidades de prototipado rápido a partir de resina. La capacidad de crear modelos directamente a partir de datos CAD con elastómero, materiales similares al caucho y de crear mecanismos funcionales fueron otras ventajas esenciales que contribuirían a reducir los ciclos de desarrollo. Para demostrar su capacidad, inicialmente se encargó a la Objet Connex la producción de un conjunto de ventilación de aire completo para un Range Rover Sport. Se modeló utilizando materiales rígidos para la carcasa y las láminas deflectoras de aire y materiales similares al caucho para los pomos de control y el sellado de aire. Jaguar Land Rover fue capaz de imprimir el conducto de ventilación completo, como pieza funcional, en un único proceso. Una vez impreso, se sacó el modelo de la impresora Objet Connex, se limpió y se puso a prueba inmediatamente, demostrando que todas las bisagras de las láminas funcionaban correctamente y que el pomo de control tenía el aspecto adecuado.

El núcleo central de la impresora 3D es la tecnología de inyección de tinta 3D. Inyectando dos materiales de modelo diferentes en combinaciones preestablecidas en una estructura de matriz, es posible crear varios materiales flexibles y rígidos con distintas propiedades mecánicas y físicas, así como diferentes acabados. Mediante esta tecnología, la Objet Connex de Jaguar Land Rover ha acumulado 5.000 horas de funcionamiento, ha impreso más de 2.500 piezas y ha utilizado 600 kg de resina. Prueba de la productividad y fiabilidad de la Objet Connex es que la impresora 3D ha necesitado poco mantenimiento y la sustitución de solo cinco cabezales de impresión en este período, a los intervalos recomendados por Objet para mantener una calidad óptima.

El número de piezas fabricadas en la Objet Connex ha ido aumentando de forma constante conforme el equipo ha encontrado nuevas formas de amortizar las capacidades de la impresora 3D. Las cifras todavía solo suponen un pequeño porcentaje de los 30.000 prototipos de piezas que realiza Jaguar Land Rover cada año, pero muchos de ellos se realizan mediante sinterizado por láser. Para las piezas realizadas a partir de resina, la tendencia es favorable a Objet Connex que ahora se encarga de más de un tercio de la producción. Cabe señalar que la Objet Connex se suele utilizar para fabricar piezas rígidas de un único material debido a su velocidad y post-procesado sencillo. Cuando se utiliza en modo de materiales múltiples se aplica a diversas actividades. Entre ellas se incluyen conceptos de estilo y HMI (interfaces humano/máquina) como, por ejemplo, pomos, interruptores y mandos de llaves.

Pruebas de ajuste y forma

Modelo deportivo Jaguar Land Rover

Otra función importante del sistema de impresión 3D de Objet es el sobremoldeado. Se utilizan dos materiales, pero no se mezclan, para crear, por ejemplo, una cubierta con sello de caucho. Una vez que se ha limpiado, el conjunto se puede utilizar directamente para pruebas de ajuste y forma. Otras áreas destacadas en las que se utiliza la impresora Objet Connex son el desarrollo de juntas para puertas y cierres protectores, donde se utiliza el material no rígido Tango Black Plus y más recientemente la creación de piezas para pruebas funcionales.

El departamento que hace un mayor uso de las capacidades de la Objet Connex es el departamento de estilismo de Jaguar Land Rover. Más de la mitad de la producción de la impresora 3D Objet llega al estudio de diseño para llevar a cabo las nuevas propuestas de diseño.

Un buen ejemplo fue la creación de un sistema de limpieza de faros totalmente telescópico que se extiende y limpia los faros cada vez que el limpiaparabrisas realiza cinco pasadas. Los componentes impresos en la Objet Connex demostraron ser lo suficientemente robustos como para soportar ensayos rigurosos, permitiendo poner a prueba el diseño antes de pasar a una etapa de mecanizado más costosa.

Los distintos atributos de la Objet Connex se ponen de manifiesto de distintas maneras en las aplicaciones descritas anteriormente, pero en resumen las principales ventajas para Jaguar Land Rover son la buena definición de las piezas con un elevado control dimensional y precisión, así como su rápida respuesta gracias a su fácil funcionamiento, gran velocidad de fabricación y sencillo proceso de limpieza. Más concretamente, impresiona la capacidad de la impresora 3D Objet Connex de realizar prototipos directamente a partir de datos de CAD, algo que habría resultado costoso o lento a través de otros medios.

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