Resumen:
En esta guía, analizamos cómo los fabricantes de automóviles utilizan la fabricación aditiva para producir prototipos funcionales, piezas ligeras, utillaje a medida, piezas de recambio y componentes de producción en series reducidas. Abordaremos los materiales, las tecnologías y las estrategias de producción que ayudan a los equipos de ingeniería a reducir los costes de utillaje, acortar los plazos de desarrollo y mejorar la eficiencia del montaje.
Las piezas de automóvil impresas en 3D son componentes de vehículos fabricados mediante fabricación aditiva para el desarrollo automovilístico, la creación de utillaje de producción y aplicaciones de producción final. En lugar de recurrir a los métodos tradicionales de fundición o mecanizado, estas piezas se construyen capa a capa a partir de termoplásticos de ingeniería, resinas y materiales compuestos utilizando archivos CAD digitales. Los fabricantes las utilizan para crear acabados interiores a medida, soportes de motor ligeros y recambios para modelos antiguos descatalogados con gran precisión.
Las empresas del sector de la automoción utilizan la fabricación aditiva a lo largo de todo el ciclo de vida del vehículo, desde la validación inicial del diseño hasta las herramientas de producción y las piezas de uso final. Dependiendo de la aplicación, los fabricantes pueden producir piezas ligeras para vehículos de altas prestaciones, componentes de producción en series reducidas o piezas de recambio difíciles de conseguir a través de las cadenas de suministro tradicionales.
La flexibilidad de la fabricación aditiva también ayuda a los equipos de ingeniería a probar y perfeccionar los diseños rápidamente sin tener que esperar a disponer de costosas herramientas o moldes. Esto acelera el desarrollo y, al mismo tiempo, ayuda a los equipos a validar la forma, el ajuste y la función en una fase más temprana del proceso.
Los fabricantes de automóviles también utilizan flujos de trabajo validados de fabricación aditiva. En algunos casos, esto incluye el apoyo al Proceso de Aprobación de Piezas de Producción (PPAP), que ayuda a verificar que las piezas cumplan con las normas de fabricación e ingeniería definidas antes de la producción.
Hoy en día, los fabricantes de automóviles utilizan la fabricación aditiva para mucho más que modelos conceptuales y prototipos funcionales. Las piezas de polímero listas para la producción se utilizan cada vez más para la fabricación de bajos volúmenes, la fabricación puente, aplicaciones de montaje y el servicio posventa. Este cambio permite a los fabricantes pasar de la validación del diseño a la producción de piezas de automóvil impresas en 3D utilizando los mismos flujos de trabajo digitales y sistemas de fabricación aditiva.
Las piezas de automóvil impresas en 3D se utilizan habitualmente para componentes interiores, molduras exteriores aerodinámicas, piezas funcionales de automóvil y piezas de recambio. Los fabricantes de automóviles recurren a estas aplicaciones a lo largo de todo el proceso de desarrollo de los vehículos, en la producción de series limitadas, en el servicio posventa y en programas de vehículos especializados. Las diferentes aplicaciones requieren materiales distintos, desde el ASA™ resistente a los rayos UV para piezas exteriores hasta termoplásticos de ingeniería y resinas para componentes funcionales y piezas listas para la producción.
Las piezas del interior de los vehículos son una aplicación habitual de la fabricación aditiva, ya que suelen requerir personalización, iteraciones rápidas y acabados superficiales de alta calidad. Los fabricantes de automóviles utilizan la impresión 3D industrial para los embellecedores del salpicadero, los marcos de los interruptores, las rejillas de ventilación, los soportes de montaje, los clips y los elementos personalizados del habitáculo.
La tecnología PolyJet™ se utiliza ampliamente para el modelado de conceptos de interior y las revisiones de diseño, ya que permite producir superficies lisas, texturas realistas y prototipos muy detallados.
Por ejemplo, Italdesign utilizó la Stratasys J750™ para producir componentes de interior con efecto mármol para su prototipo de coche DaVinci, entre los que se incluían la consola central, los difusores de aire acondicionado y las incrustaciones de las puertas. La empresa utilizó la tecnología PolyJet™ para crear texturas y acabados muy realistas en plazos de desarrollo muy ajustados, algo que habría sido difícil de lograr con los métodos tradicionales.
Las piezas exteriores de los vehículos deben combinar el aspecto estético con la durabilidad. Los fabricantes utilizan la fabricación aditiva para producir carcasas de retrovisores, componentes de embellecimiento, marcos de luces, conductos y elementos aerodinámicos.
Se suelen utilizar materiales como el ASA para FDM®, ya que ofrecen una gran resistencia a los rayos UV y a la intemperie, lo que los hace adecuados para entornos exteriores y aplicaciones de producción de bajo volumen.
La fabricación aditiva también permite crear piezas de automóvil a medida para vehículos especiales, programas de automovilismo y aplicaciones de bajo volumen.
Las aplicaciones automovilísticas «bajo el capó» requieren materiales capaces de soportar el calor, las vibraciones y las tensiones mecánicas. Los ingenieros utilizan la fabricación aditiva para crear prototipos funcionales, soportes, conductos, carcasas y sistemas de conducción de fluidos, así como componentes listos para la producción destinados a aplicaciones automovilísticas especializadas.
La tecnología FDM® da respuesta a estas aplicaciones mediante termoplásticos de grado técnico diseñados para entornos de pruebas funcionales y de fabricación.
Las piezas fueron el resultado de casi tres años de diseño y desarrollo, y el coche NASCAR Next Gen completó más de 37 000 millas de pruebas antes de su lanzamiento. Los conjuntos de ventilación del parabrisas resultantes se convirtieron en las primeras piezas de producción impresas en 3D utilizadas en toda la flota de la NASCAR Cup Series.
Una de las mayores ventajas de la fabricación aditiva es la capacidad de reproducir piezas de recambio difíciles de encontrar u obsoletas. En lugar de almacenar existencias físicas durante años, los fabricantes pueden conservar archivos digitales de las piezas y producir componentes bajo demanda.
Esto resulta especialmente útil para vehículos de época, programas especializados y la producción de automóviles en series reducidas, en los que es posible que ya no existan las herramientas originales ni los proveedores.
Por ejemplo, Stratasys Direct Manufacturing ayudó a restaurar el coche de carreras Sampson Special de 1930 recreando componentes obsoletos del radiador mediante la tecnología PolyJet™. Esto permitió reproducir las piezas de recambio con precisión sin tener que recurrir a los métodos tradicionales de fabricación de utillaje.
Las herramientas de automoción impresas en 3D incluyen las herramientas utilizadas para fabricar, montar, inspeccionar y manipular componentes de vehículos durante la producción. Entre ellas se incluyen plantillas, dispositivos de sujeción, moldes, herramientas robóticas y dispositivos de ayuda a la inspección fabricados mediante fabricación aditiva.
Los fabricantes de automóviles utilizan herramientas de fabricación aditiva en las líneas de montaje, las estaciones de inspección, las operaciones de pintura y los sistemas de fabricación automatizados. En comparación con las herramientas mecanizadas tradicionales, estas herramientas suelen ser más fáciles de modificar, más rápidas de producir y más adecuadas para la producción de bajos volúmenes y para requisitos de fabricación cambiantes.
La impresión 3D de piezas de automóvil y utillaje ofrece ventajas significativas, ya que elimina los costosos moldes, reduce los plazos de entrega y permite la producción bajo demanda. Esta tecnología permite a los fabricantes realizar iteraciones rápidas en los diseños, producir componentes a medida sin necesidad de costosas adaptaciones de utillaje y almacenar las piezas de recambio en formato digital, en lugar de mantener grandes existencias físicas.
Los fabricantes de automóviles también utilizan la fabricación aditiva para mejorar la flexibilidad de la producción, responder más rápidamente a los cambios de ingeniería y reducir la dependencia de largas cadenas de suministro externas.
Las diferentes aplicaciones en el sector de la automoción requieren distintas combinaciones de resistencia mecánica, resistencia al calor, durabilidad, flexibilidad y acabado superficial. La elección del material depende del lugar donde se vaya a utilizar la pieza y de las condiciones a las que deba soportar.
El ASA™ es un termoplástico resistente a los rayos UV que se utiliza habitualmente para molduras exteriores, carcasas y piezas de baja producción expuestas a la intemperie y a la luz solar.
Termoplásticos de ingeniería duraderos utilizados para prototipos funcionales, ayudas a la fabricación y componentes de producción que requieren resistencia y estabilidad dimensional. El ABS-M30™ ofrece una mayor resistencia mecánica y a los impactos para piezas funcionales, carcasas y utillaje de planta de producción. El ABS-CF10™ incorpora un refuerzo de fibra de carbono que le confiere mayor rigidez, lo que lo hace adecuado para soportes ligeros, utillaje y componentes estructurales.
Los materiales de nailon, como el SAF™ PA12 y el SAF™ High Yield PA11, ofrecen un excelente equilibrio entre tenacidad, resistencia al desgaste y ligereza, lo que los hace ideales para piezas funcionales, utillaje de producción, conductos, clips, soportes y utillaje robótico, donde la durabilidad y la repetibilidad son fundamentales.
El polipropileno es adecuado para aplicaciones de automoción que requieren resistencia química, flexibilidad y durabilidad. Se utiliza habitualmente para componentes en contacto con fluidos, cubiertas y prototipos funcionales en los que es importante la resistencia a movimientos repetidos o a los impactos.
Los materiales fotopoliméricos, como ToughONE™ para PolyJet™ y Dura56™ para P3™ DLP, presentan acabados superficiales lisos, detalles finos y una gran precisión dimensional, lo que los hace útiles para componentes de interior, modelos conceptuales, piezas de comprobación de ajuste y ayudas a la producción.
Los materiales para utillaje de automoción deben soportar un uso repetido, cambios de temperatura y las exigentes condiciones de la planta de producción. Las diferentes aplicaciones de utillaje requieren distintas combinaciones de resistencia, rigidez, resistencia al calor y durabilidad.
Los materiales reforzados con fibra de carbono combinan un peso reducido con una elevada rigidez, lo que los hace muy adecuados para aplicaciones de utillaje en el sector de la automoción. Los fabricantes suelen utilizar materiales como el FDM® Nylon 12CF para plantillas, accesorios y utillaje de extremo de brazo, donde la resistencia con un peso reducido y la repetibilidad son importantes.
Materiales como la resina ULTEM™ 1010 ofrecen una gran resistencia al calor, a los productos químicos y estabilidad dimensional, lo que ayuda a que las herramientas mantengan su precisión durante su uso repetido en la producción. Estos materiales se utilizan habitualmente para ayudas a la fabricación de automóviles, utillaje de compuestos y aplicaciones expuestas a temperaturas más elevadas en la planta de producción.
Los termoplásticos FDM® se utilizan ampliamente para la fabricación de accesorios duraderos, guías de taladrado, ayudas para la inspección y herramientas de montaje. Materiales como el ASA™ se emplean habitualmente para accesorios y herramientas duraderos expuestos a una manipulación habitual y a las condiciones cambiantes del taller.
Los polímeros de alta temperatura se utilizan para moldes de termoformado, utillaje para laminado de compuestos y aplicaciones de conformado en las que la resistencia al calor es fundamental. Ayudan a producir el utillaje más rápidamente y facilitan una producción rápida y de bajo volumen.
Las tecnologías de Stratasys dan soporte a las diferentes fases del desarrollo y la producción en el sector de la automoción, desde la validación del diseño y la fabricación de prototipos hasta la creación de utillaje a medida, la producción de piezas en series cortas y la fabricación con soporte PPAP a través de Stratasys Direct Manufacturing.
La tecnología FDM® se utiliza ampliamente para prototipos funcionales, utillaje de producción y piezas de producción duraderas. Sus termoplásticos de grado técnico son aptos para aplicaciones de automoción que requieren resistencia, estabilidad dimensional y un rendimiento fiable en la línea de producción. Los fabricantes suelen utilizar FDM® para plantillas, accesorios de sujeción, utillaje de extremo de brazo y componentes de producción de bajo volumen.
La estereolitografía se utiliza para piezas de prototipo de alta precisión, modelos aerodinámicos y patrones de utillaje que requieren superficies lisas y una gran precisión dimensional.
Los fabricantes de automóviles utilizan nuestros sistemas Neo® durante el desarrollo de vehículos para agilizar las pruebas y las iteraciones de diseño.
La tecnología PolyJet™ produce prototipos muy detallados con superficies lisas, detalles finos y texturas realistas. Los equipos de diseño de automoción utilizan PolyJet™ para conceptos de interiores, revisiones de ajuste y acabado, estudios ergonómicos y validación de diseños en los que la apariencia y la precisión son importantes.
La tecnología SAF™ permite la producción repetible de piezas de polímero en grandes volúmenes. Está diseñada para entornos de fabricación en los que la consistencia, el rendimiento y la repetibilidad de las piezas son importantes, lo que la hace adecuada para la producción de bajo volumen y aplicaciones de fabricación puente.
La tecnología P3™ permite obtener piezas de gran precisión con una superficie de alta calidad y detalles finos. Los fabricantes de automóviles utilizan P3™ para prototipos, utillaje y piezas de producción en tiradas cortas en las que se requiere una calidad similar a la del moldeo por inyección, sin el coste ni los plazos de entrega del utillaje tradicional.
Las piezas de automoción impresas en 3D se diseñan utilizando software CAD optimizado para la fabricación aditiva (DfAM), lo que permite crear geometrías complejas y ligeras. Las piezas se obtienen mediante producción propia, para una iteración rápida, o a través de empresas de servicios bajo demanda, en el caso de materiales especializados. Para garantizar la seguridad y la uniformidad, los componentes se someten al Proceso de Aprobación de Piezas de Producción (PPAP), que valida que cumplen con las estrictas normas de ingeniería de automoción.
El diseño para la fabricación aditiva (DfAM) permite a los ingenieros diseñar piezas específicamente para la fabricación aditiva, en lugar de para el mecanizado o el moldeo tradicionales.
Esto facilita la reducción de peso, la combinación de varias piezas en un único componente y la creación de geometrías más complejas que serían difíciles de fabricar de forma convencional.
Programas como GrabCAD Print™ ayudan a los equipos de ingeniería a preparar, gestionar y supervisar los flujos de trabajo de fabricación aditiva.
El software simplifica la configuración de la impresión y contribuye a garantizar la repetibilidad entre diferentes impresoras, equipos y entornos de producción.
Algunos fabricantes de automoción producen herramientas y piezas internamente para lograr una iteración más rápida y flexibilidad en la producción, mientras que otros recurren a servicios como Stratasys Direct Manufacturing para obtener materiales especializados, asistencia con el proceso PPAP, fabricación puente y capacidad de producción adicional.
Muchas organizaciones utilizan una combinación de ambas opciones en función de la aplicación, los plazos de producción y los requisitos de fabricación.
Los flujos de trabajo del proceso de aprobación de piezas de producción (PPAP) ayudan a validar que las piezas de producción para el sector de la automoción cumplan con los estándares de ingeniería y fabricación exigidos.
A medida que la fabricación aditiva se va integrando cada vez más en los entornos de producción del sector de la automoción, los flujos de trabajo compatibles con el PPAP ayudan a los fabricantes a mantener la coherencia, la trazabilidad y la calidad de la producción.
