Fábrica de Nissan en San Petersburgo: las piezas hechas en una impresora 3D (blanca en la foto) se utilizan para fijar la tapa del maletero. Foto: Vedomosti / NissanLa industria automotriz es una de las primeras industrias donde la tecnología 3D encontró aplicación comercial: en 1988, Ford comenzó a usar impresoras 3D para imprimir elementos prototipo individuales.
Hoy, este sector de la economía aprovecha al máximo los logros de las tecnologías aditivas y el escaneo 3D. La impresión tridimensional es una forma ideal de crear prototipos, piezas funcionales y ensamblajes, así como herramientas y moldes. Ahorra tiempo y dinero en las etapas de desarrollo y fundición de productos, proporcionando la fabricación de piezas geométricamente complejas con gran detalle. Los escáneres 3D y el software especializado en un nuevo nivel resuelven los problemas
de control de geometría e ingeniería inversa , reduciendo el tiempo de producción del automóvil, ayudando a mejorar la calidad del producto y reducir el porcentaje de rechazos.
Algunos de los principales fabricantes de automóviles ya han establecido
la producción en serie en impresoras 3D de componentes para sus modelos clásicos o autos personalizados. Los líderes del mercado están invirtiendo fuertemente en la creación de centros de tecnología aditiva para la producción piloto. Por ejemplo, BMW tiene dicho centro: produce más de 100 mil componentes al año, y en 2019 está previsto abrir otro gran complejo.
El desarrollo de la tecnología de impresión 3D y el
desarrollo de nuevos materiales con propiedades físicas mejoradas también permiten la introducción de ideas radicalmente nuevas e innovadoras. Por lo tanto, la tecnología de los neumáticos Michelin Visionary Concept "sin aire" con la capacidad de cambiar el patrón de la banda de rodadura dependiendo del clima elimina los pinchazos, los problemas de baja presión y otros riesgos de manejo.
Quizás un automóvil totalmente impreso en una impresora 3D sea la realidad de un futuro no muy lejano. Sin embargo, todo lo anterior son los logros de los fabricantes de automóviles occidentales. Pero, ¿cuál es la situación y las perspectivas para el desarrollo de tecnologías aditivas en Rusia? En este artículo nos centraremos en los beneficios de la impresión 3D, consideraremos el uso de la innovación en el mercado nacional de automóviles, así como ejemplos prácticos de implementación.
Cómo se usa la impresión 3D en la industria automotriz
Las tecnologías aditivas resuelven efectivamente las siguientes tareas de producción de automóviles:
La creación de prototipos permitirá optimizar la producción para aquellas empresas que producen automóviles (pero no para ensamblar modelos terminados), así como para los fabricantes de componentes automotrices suministrados al transportador.
Mediante la optimización topológica, el diseñador puede establecer casi cualquier geometría necesaria de la pieza y realizar cambios de diseño en las etapas posteriores del desarrollo. El modelo 3D se transfiere desde CAD a una impresora 3D, que imprime rápidamente prototipos, accesorios o
moldes para productos de fundición . Esto reduce los costos de producción, el momento del desarrollo del producto y su introducción al mercado. En particular, la compañía puede organizar la producción rápida de componentes, programada para coincidir con el lanzamiento del automóvil.
Gracias a la impresión 3D, la planta de Nissan en San Petersburgo ahorró más de 1 millón de rublos en 2017 al no ordenar la producción de equipos externos
Los equipos y productos que cumplen con las características de resistencia necesarias se pueden producir directamente en la fábrica, con una sola impresora 3D. Imprimirá varios artículos de acuerdo con la nomenclatura, lo cual es imposible cuando se utilizan máquinas herramientas y otras herramientas tradicionales.
Tecnologías utilizadas principalmente para la creación de prototipos:
Las herramientas y los moldes, que se imprimen a partir de plásticos y
resina de fotopolímero , serán varias veces más baratos que los de metal.
Los productos funcionales también pueden fabricarse en
impresoras 3D de metal (por ejemplo, utilizando la tecnología SLM). La impresión 3D de metal también es adecuada para lotes pequeños, incluida la creación de productos personalizados. Los últimos desarrollos en el campo de
los polvos metálicos han allanado el camino para la fabricación de piezas más livianas, más densas y, en algunos casos, más duraderas. Gracias a la optimización topológica en una impresora 3D, es posible cultivar componentes de forma y textura complejas (con una estructura celular, canales internos, etc.), incluido todo metal, que previamente se ensamblaron a partir de varios elementos.
Experiencia occidental: cifras y hechos
El equipo
Renault Sport Formula One fue uno de los primeros en utilizar la impresión 3D para la creación de prototipos. Hoy, un pequeño grupo de ingenieros tiene la oportunidad de producir cientos de piezas por semana para realizar pruebas en un túnel de viento, desarrollar piezas innovadoras para pruebas e instalación en bolas de fuego y, en general, acelerar el proceso de I + D. Gracias a las tecnologías SLA y SLS de 3D Systems, la fabricación de piezas automotrices complejas no lleva semanas, sino solo unas pocas horas.
BMW fue una de las primeras empresas automotrices en imprimir un lote 3D de varios miles de piezas metálicas para el BMW i8 Roadster. El techo plegable suave de este roadster tiene un componente de aleación de aluminio hecho de forma aditiva con un diseño biónico innovador que repite las formas naturales. El nuevo producto tiene un mayor grado de rigidez en comparación con el análogo, que fue producido por moldeo por inyección, así como un menor peso.
Steeda Autosports , el mayor fabricante de accesorios de Ford, utiliza tecnología de
impresión 3D a todo color para
crear prototipos de una variedad de componentes, desde la tapa del engrasador hasta las tuberías de fundición moldeadas en frío. Resultado: el tiempo de comercialización de un producto se reduce en unas pocas semanas y se ahorran $ 3,000 en cada producto al reducir el costo de mecanizado y la creación de moldes.
Michelin produce en impresoras 3D de metal un inserto en el molde para el separador de láminas, los elementos de neumáticos más desgastados. La elección de una nueva tecnología, en lugar del estampado y el fresado utilizados anteriormente, se debe a la estructura de grano fino del metal, a una mejor conductividad térmica y, como resultado, a un menor desgaste.
¿Está Rusia esperando un auge de las tecnologías aditivas?
A fines del verano y principios del otoño de 2018, tuvieron lugar en Moscú varios eventos internacionales importantes de la industria automotriz. En primer lugar, este es el Salón del Automóvil de Moscú, donde vimos muchos desarrollos nacionales prometedores. La atención general se dirigió a la familia Aurus de autos ejecutivos y de clase alta (el proyecto Cortege) y la novedad VAZ, que cerró su programa "clásico" y mostró el Vesta, el Grant actualizado, así como el concepto del nuevo Niva 4x4. Yandex continúa promoviendo con éxito su proyecto de automóviles no tripulados, y los visitantes del concesionario de automóviles podrían hacer un emocionante viaje en taxi sin conductor. Pero quizás el desarrollo más discutido de la temporada fue el concepto de automóvil eléctrico CV-1 en el caso del viejo Moscovita, presentado por Kalashnikov en el foro técnico-militar del Ejército-2018. Se puede afirmar que la industria automotriz rusa se mueve lenta pero seguramente en una dirección global.
El pico de ventas en el mercado de automóviles ruso cayó en 2012, luego comenzó una recesión, que aún no se ha superado. La
estrategia de desarrollo automotriz para 2018-2025 , desarrollada por el Gobierno de la Federación de Rusia, está llamada a mejorar la situación. Define claramente las tareas prioritarias de la industria: aumentar la producción de modelos propios de automóviles y componentes automotrices de alta calidad, así como establecer relaciones entre los fabricantes de componentes automotrices. Además, la localización debe ser al menos del 70%.
Nuevo en el Salón del Automóvil de Moscú: Aurus "Senate" - Russian Executive CarSi en la década de 1990 Rusia prácticamente no producía automóviles, comprando automóviles usados en Japón o Alemania, a principios de la década de 2000 ya había 15 grandes fábricas de automóviles en el país. Está claro que con una localización real del 50-70%, una parte significativa del valor agregado para las piezas se crea en el extranjero (se entregan y ensamblan en una línea de ensamblaje en Rusia), pero hoy ofrecemos totalmente nuestro mercado interno. Los modelos más populares, como Solaris, Polo, Rapid, se producen en Rusia.
Según la estrategia del gobierno, el porcentaje del presupuesto de las empresas, que se establece en innovaciones y nuevos desarrollos, ahora es de aproximadamente el 15%. El objetivo es llevar este indicador a una cifra global del 25-30%, y esto abre buenas perspectivas para la introducción de tecnologías 3D en la industria automotriz rusa.
Para los fabricantes de automóviles nacionales, la dirección aditiva sigue siendo un territorio casi sin desarrollar, por lo que hay muy poca información sobre el uso de las tecnologías 3D. El
periódico Vedomosti informa que
el grupo GAZ , según su representante, utiliza la impresión 3D para crear prototipos de piezas de máquinas. Según el
sitio web oficial del Territorio de Altai ,
KamAZ Corporation recibió este año dos impresoras 3D únicas de fabricación rusa. Estas plantas imprimen moldes de arena de alta precisión para fundición de acero.
Hablando de fabricantes extranjeros en Rusia, damos un ejemplo de la alianza
Renault-Nissan : comenzó la introducción de tecnologías aditivas de sus fabricantes de Europa Occidental, ahora es el turno de Rusia. En la fábrica de Nissan en San Petersburgo, las impresoras 3D imprimen prototipos y accesorios, así como dispositivos para calibrar puertas, faros y sensores. Esto permitió a la compañía ahorrar más de 1 millón de rublos en 2017 al no ordenar la fabricación de equipos externos. En Moscú, Renault utiliza impresoras 3D para fabricar elementos de protección para las herramientas utilizadas.
Potencial de impresión 3D para el mercado automotriz
Los modelos de fundición quemada impresa en 3D permiten a Renault Formula One producir rápidamente piezas metálicas grandes de gran complejidadPor lo tanto, la impresión 3D permite a los fabricantes de automóviles y componentes de automóviles recibir una serie de ventajas:
- reducción de tiempo en la etapa de desarrollo y fundición de productos;
- ahorro de tiempo y costos para la fabricación de herramientas y moldes;
- rechazo de los servicios de fabricantes de equipos;
- realización de experimentos tecnológicos y pruebas funcionales;
- creación de productos geométricamente complejos con pequeños detalles que no pueden fabricarse por métodos tradicionales;
- reducción de peso de la pieza y ahorro de materiales utilizados debido a la optimización topológica ;
- Acelerar el lanzamiento de un nuevo producto o serie exclusiva en el mercado.
Con una competencia cada vez más feroz, el tema de la innovación es cada vez más grave. En todo el mundo, un número creciente de fabricantes de automóviles se han dado cuenta de los beneficios de la tecnología 3D para optimizar el proceso de fabricación. Como hemos visto, los métodos aditivos se han introducido relativamente recientemente en la industria automotriz rusa y se usan solo en algunas grandes empresas de gigantes automotrices rusos o extranjeros.
En la realidad rusa de hoy, la introducción de la producción aditiva se enfrenta a muchos obstáculos, entre los que se encuentran la automatización insuficiente de muchas plantas y la falta de financiación. Las tecnologías de impresión 3D, como
la fusión selectiva por láser, aún no están disponibles para nosotros debido al alto costo de los equipos y materiales. Hoy, la solución óptima que será beneficiosa para el fabricante y que dará sus frutos en tiempo real es comprar una impresora 3D para producir prototipos y accesorios de plástico (sin la necesidad de pedirlo a los proveedores).
La estrategia del gobierno para el desarrollo de la industria automotriz para 2018-2025 da la esperanza de que el proceso de implementación de la impresión 3D vaya más rápido y tome una escala masiva.