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Casos de estudio automotriz

La creación de prototipos es la fuerza impulsora tras los grandes automóviles

Los gigantes automotrices BMW y Jaguar Land Rover, así como proveedores de accesorios de tendencia, como Minimizer, han descubierto que nada acelera el diseño y la fabricación automotriz como la impresión 3D.

Lado izquierdo de un prototipo FDM de Lamborghini.

El nuevo modelo de Aventador, el automóvil deportivo de dos asientos que es el buque insignia de Lamborghini, fue Top Gear Car of the Year en 2011. Acelera de 0 a 60 mph en 2,9 segundos, tiene una velocidad máxima de 230 mph y un precio justo bajo los USD $400.000. El Aventador es un nueve por ciento más poderoso, un veinte por ciento más eficiente y un seis por ciento más ligero que el Murciélago de la generación anterior.

La clave del desempeño extremo del Aventador es el monocasco de compuesto reforzado de fibra de carbono (CFRC), que constituye el núcleo del chasis de la carrocería integrado. El monocasco es una única coraza CFRC de 81 in de largo por 74,5 in de ancho por 40 in de alto, el mayor componente CFRC en cualquier automóvil de producción. El monocasco pesa 324,5 libras y todo el cuerpo y el chasis pesan unas increíblemente ligeras 505 libras.

Apuesta elevada

Lado derecho de un prototipo FDM de Lamborghini.

Automobili Lamborghini S.p.A. es propiedad de Audi, parte del Grupo Volkswagen junto con otras marcas como Porsche, Bugatti y Bentley. El Laboratorio de Estructuras Compuestas Avanzadas de Automobili Lamborghini, o Laboratorio Lamborghini, en la Universidad de Washington se asoció con Lamborghini para brindar diseño detallado, control de calidad, mejora del proceso y pruebas mecánicas para los componentes CFRC que constituyen hasta el 50 por ciento del peso de Aventador. Muchos prototipos físicos fueron necesarios para validad el ajuste de ensamble, comprobar las vías de carga eficiente e identificar y corregir problemas que eran invisibles en la pantalla del computador.

“Teníamos que tener el diseño correcto desde el principio porque las herramientas usadas para producir solo el monocasco cuestan varios millones de dólares”, dijo Paolo Feraboli, profesor de materiales y estructuras aeronáuticas en la Universidad de Washington y director del Laboratorio Lamborghini.

Como ejemplo, el enfoque tradicional a la construcción del prototipo del conducto interior del monocasco hubiera sido realizar herramientas a escala y laminar el prototipo con el uso de CFRC. Hubiera tomada aproximadamente cuatro meses y USD $40.000 construir y laminar la pieza escalada.

“Estábamos interesados en ver si había un método de prototipado rápido que pudiera producir piezas lo suficientemente resistentes para soportar la tensión del ensamble y la manipulación”, dijo Feraboli. “También estábamos interesados en construir herramientas rápidas para laminar piezas más pequeñas, lo que requiere resistencia mecánica y desempeño a altas temperaturas.”

Un sistema ideal

Monocasco inferior de un prototipo FDM de Lamborghini.

El envolvente de Fortus fue lo suficientemente grande para producir un modelo a escala 1 a 6 del cuerpo y el chasis en una sola pieza. Lamborghini Lab construyó prototipos de escala 1:6 completos del cuerpo y el chasis en dos meses, incluida la impresión y el ensamble de las partes. El tiempo de construcción del conducto interior fue de 6,3 días y el costo de materiales fue de USD $560. El tiempo total de construcción y procesamiento, que incluye el retiro del soporte, el pulido, la pintura, etc. fue de 20 días. El costo total, que incluye los materiales, la mano de obre y el tiempo de la máquina fue de USD $3.000.

“Fortus era ideas debido a su versatilidad para imprimir modelos de alta resistencia y resolución en termoplásticos de grado industrial y herramientas compuestas personalizadas a partir de plásticos d ingeniería de alto rendimiento a una fracción del costo de los métodos de fabricación tradicionales”, dijo Tom Goulet de CIMtech, el distribuidor de Stratasys de Seattle.

Varias iteraciones

“Las diversas iteraciones de prototipos que se produjeron durante el proceso de diseño fueron fundamentales para brindar un mejor ajuste durante el ensamble y vías de carga mejoradas”, dijo Feraboli.

Automobili Lamborghini S.p.A. en Sant’Agata Bolognese, Italia también tiene dos máquinas Stratasys, un sistema de producción 3D Fortus y una impresora 3D Dimension. Maurizio Reggiani, vicepresidente senior y director de tecnologías de Lamborghini, dijo: “Usamos mucho el FDM para crear prototipos funcionales para la transmisión de siete velocidades recientemente diseñada para el Aventador que ofrece tiempo de cambio de 50 milisegundos, los más rápidos en cualquier vehículo de producción.” La transmisión de embrague único, basada en el concepto de una palanca de cambios independientes, es una característica distintiva del Aventador, junto con el monocasco CFRC y las suspensiones con varillas alzaválvulas.

Poco tiempo después de que se relevara el Aventador, Lamborghini anunció que la empresa ya había vendido toda la producción del primer año. “El Aventador es el primer paso”, dijo Feraboli. “La fibra de carbono no es solo para automóviles de rendimiento. Puede mejorar el uso de combustible por kilómetro recorrido y reducir las emisiones de cualquier automóvil. Esperamos podes usar cada vez más fibra de carbono para vehículos de mayor producción para el grupo.”

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