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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.

Lado izquierdo de prototipo FDM de Lamborghini

El nuevo modelo insignia Aventador de Lamborghini, un deportivo de dos asientos, fue elegido Top Gear Car of the Year 2011. Acelera de 0 a 100 km/h en 2,9 segundos, alcanza una velocidad máxima de 370 km/h y su precio está por debajo de los 400.000 USD. El Aventador es un 9 por ciento más potente, un 20 por ciento más eficiente en combustible y un 6 por ciento más ligero que el modelo Murciélago anterior.

La clave del extraordinario rendimiento del Aventador es un monocasco compuesto reforzado de fibra de carbono (CFRC, por sus siglas en inglés), que constituye el núcleo del chasis integrado. El monocasco es un núcleo CFRC único de 206 cm de largo, por 189 cm de ancho y 101 cm de alto, el mayor componente CFRC en cualquier vehículo de producción. El monocasco pesa 147 kg y toda la carrocería y el chasis tiene un peso increíblemente ligero de 229 kg.

Apuesta fuerte

Lado derecho de prototipo FDM de Lamborghini

Automobili Lamborghini S.p.A. es propiedad de Audi, parte del Grupo Volkswagen con otras marcas tales como Porsche, Bugatti y Bentley. El Laboratorio de Estructuras Compuestas Avanzadas de Automobili Lamborghini — o Lamborghini Lab para abreviar — de la Universidad de Washington se asoció a Lamborghini para ofrece un diseño detallado, control de calidad, mejora de procesos y ensayos mecánicos para los componentes CRFC que componen el 50 por ciento en peso del Aventador. Fueron necesarios muchos prototipos físicos para validar el ajuste de montaje, comprobar zonas de carga eficientes e identificar y corregir problemas que no eran visibles en la pantalla del ordenador.

“Era necesario tener el diseño correcto a la primera porque las herramientas utilizadas para fabricar solo el monocasco costaban varios millones de dólares”, explica Paolo Feraboli, profesor de materiales y estructuras de aeronaves de la Universidad de Washington y director del Lamborghini Lab.

A modo de ejemplo, el enfoque tradicional para fabricar un prototipo del casco interno del monocasco habría consistido en fabricar las herramientas a escala y hacer el prototipo mediante CFRC. Se estima que habría requerido cuatro meses y habría costado 40.000 USD fabricar las herramientas y componer las piezas a escala.

“Nos interesaba ver si había un método de prototipado rápido capaz de producir piezas lo suficientemente resistentes como para soportar los esfuerzos de montaje y manipulación”, explica Feraboli. “También nos interesaba fabricar un mecanizado rápido para el montaje de las piezas más pequeñas, que requería resistencia mecánica además de un buen rendimiento a altas temperaturas.”

Un sistema ideal

Monocasco inferior de prototipo FDM de Lamborghini

La bandeja de fabricación Fortus tenía tamaño suficiente para fabricar un modelo a escala 1/6 de la carrocería y el chasis en una pieza. El laboratorio de Lamborghini fabricó prototipos completos a escala 1/6 de la carrocería y el chasis en dos meses, incluidos la impresión y el montaje de las piezas. El tiempo de fabricación del casco interior fue de 6,3 días y los costes de material ascendieron a 560 USD. El tiempo total de fabricación y procesado, incluida la eliminación de soportes, lijado, pintado, etc. fue de veinte días. El coste total, incluyendo materiales, mano de obra y tiempo de mecanizado fue de 3000 USD.

“El sistema Fortus era el ideal teniendo en cuenta su versatilidad para imprimir modelos de alta resistencia y alta resolución en termoplásticos de nivel industrial y herramientas composite personalizadas fabricadas a partir de plásticos de ingeniería de alto rendimiento, a una fracción del coste que habrían supuesto los métodos tradicionales de fabricación”, explica Tom Goulet de CIMtech, proveedor de Stratasys con sede en Seattle.

Muchas iteraciones

“Las numerosas iteraciones de prototipos fabricados durante el proceso de diseño fueron esenciales para conseguir un mejor ajuste durante el montaje y unas zonas de carga mejoradas”, señala Feraboli.

Automobili Lamborghini S.p.A. en Sant’Agata Bolognese, Italia también posee dos máquinas Stratasys, un sistema de producción 3D Fortus y una impresora 3D Dimension. Maurizio Reggiani, vicepresidente senior y director tecnológico de Lamborghini explica: “Hemos utilizado ampliamente la tecnología FDM para hacer prototipos funcionales del nuevo diseño de la transmisión de siete velocidades del Aventador, que permite cambiar de marcha en 50 milisegundos, la velocidad más rápida en cualquier vehículo de producción.” La transmisión de un solo embrague, que se basa en el concepto de varilla de cambio independiente es una característica propia del Aventador conjuntamente con el monocasco CFRC y las suspensiones con varillas de empuje.

Poco después de la presentación del Aventador, Lamborghini anunció que la compañía ya había vendido la producción del primera año. “El Aventador es el primer paso”, explica Feraboli. “La fibra de carbono no es exclusiva de los vehículos de altas prestaciones. Permite mejorar el kilometraje y reducir las emisiones en cualquier automóvil. Prevemos utilizar cada vez más la fibra de carbono en más vehículos de producción del grupo.”

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