EDAG, Voestalpine y Simufact han desarrollado el bucle del cap贸 del motor LightHinge + utilizando el potencial para
la fabricaci贸n aditiva . Los componentes se fabricaron en el Centro de fabricaci贸n de aditivos Voestalpine en una
impresora 3D de metal SLM 280 con dos l谩seres (tecnolog铆a de fusi贸n selectiva por l谩ser). El resultado: reducci贸n de peso, ahorro de material e integraci贸n funcional.
Situaci贸n actual y tareas
Los sistemas de bisagras activos para cap贸s del motor son muy complejos debido a los estrictos requisitos de seguridad y funcionalidad. En un accidente de tr谩fico que involucra a un peat贸n, aumentan la distancia entre el objeto que choca y los componentes r铆gidos del motor al levantar el cap贸 del motor. El actuador pirot茅cnico act煤a en una fracci贸n de segundo y levanta el cap贸.
Con una producci贸n en serie de m谩s de 30 mil unidades por a帽o, estos sistemas de bucle pueden fabricarse mediante estampado,
fundici贸n o prensado. Debido a la compleja cinem谩tica, se requiere una gran cantidad de piezas individuales (aproximadamente 40 componentes por veh铆culo) y altos costos de ensamblaje y fabricaci贸n. En la fabricaci贸n de bucles activos de chapa, cada bucle pesa alrededor de 1.500 g, lo que conduce a una ponderaci贸n significativa del
autom贸vil .
La tecnolog铆a SLM ha reducido el peso del producto en un 52% y ha reducido el n煤mero de componentes en un 68% en comparaci贸n con el dise帽o original de chapa
Al mismo tiempo, las restricciones econ贸micas existentes no permiten cubrir los costos de producci贸n en peque帽a escala con un volumen de 80 a 30 mil unidades por a帽o, utilizando tecnolog铆as de producci贸n en masa. Adem谩s, en el caso de
los autom贸viles deportivos, el dise帽o del autom贸vil y la falta de espacio para el montaje en su parte delantera, por regla general, excluyen la posibilidad de fabricar bucles activos del cap贸 del motor a partir de chapa.
Las soluciones alternativas dise帽adas para minimizar la inversi贸n en la producci贸n de lotes peque帽os generalmente implican problemas de dise帽o y empaque asociados con la adaptaci贸n de los procesos de producci贸n en masa de los bucles activos. Por lo tanto, un proyecto conjunto de EDAG, el Centro de fabricaci贸n de aditivos de Voestalpine y Simufact fue dise帽ado para aprovechar el potencial de la fabricaci贸n de aditivos para resolver estos problemas.
Soluci贸n: impresi贸n en metal 3D
Dise帽oDesde el principio, se impusieron altos requisitos al bucle del cap贸: era necesario cumplir los requisitos de resistencia y rigidez con la mayor
reducci贸n de peso posible. Tambi茅n era importante realizar una integraci贸n funcional con una reducci贸n correspondiente en el n煤mero de componentes.
Primero, se realiz贸 la optimizaci贸n topol贸gica, que incluy贸 el c谩lculo de los requisitos m铆nimos de material en funci贸n de las cargas reales. Las formas geom茅tricas complejas obtenidas como resultado de este proceso generalmente solo se pueden realizar utilizando
la tecnolog铆a de
fusi贸n por l谩ser con m煤ltiples soportes. En el proyecto LightHinge +, la proporci贸n de soportes posteriormente eliminados deb铆a ser aproximadamente el 50% del volumen total del material fundido. En el curso del trabajo conjunto, esta cifra se redujo sucesivamente, primero al 30% y luego al 18%. Esto elimin贸 una parte significativa de las operaciones de procesamiento y asegur贸 una alta eficiencia en el uso de materiales.
Aunque la
optimizaci贸n topol贸gica requiri贸 cambios de dise帽o significativos para reducir el procesamiento posterior, el resultado final proporcion贸 una reducci贸n del 52% en la masa en comparaci贸n con la estructura de chapa original mediante el uso de
principios bi贸nicos .
Un bucle del cap贸 del motor creado de forma aditiva (izquierda) y hecho de chapa (derecha) / Photo EDAG
Minimizar el n煤mero de soportes con reducir su participaci贸n en el volumen del material de m谩s del 50% (izquierda) a menos del 30% / Photo EDAGIntegraci贸n funcionalEste bucle tambi茅n necesitaba estar equipado con una funci贸n autom谩tica de apertura del cap贸. La libertad de dise帽o que ofrece la fabricaci贸n aditiva ha permitido a los ingenieros de EDAG desarrollar dise帽os sofisticados con puntos de ruptura predefinidos. Adem谩s, fue posible integrar el punto de conexi贸n del resorte de gas, los montajes del tubo del limpiaparabrisas y el tornillo de resalto en el bucle. Esta integraci贸n funcional redujo el n煤mero de componentes en un 68% en comparaci贸n con la pieza de chapa original, reduciendo significativamente la masa inicial de la estructura. En un dise帽o tan integrado, esta bisagra se puede instalar en un espacio limitado de autos deportivos y otros autos con altos requisitos operativos.
Software de aditivos simb.
Comparaci贸n del estado antes y despu茅s de la compensaci贸n por deformaci贸n en la parte inferior: deformaci贸n relativa al modelo CAD (izquierda); deformaci贸n del componente compensado de acuerdo con los resultados de la simulaci贸n (derecha) / Photo SimufactEl aporte de calor concentrado durante el proceso de fabricaci贸n aditiva conduce a la deformaci贸n y la aparici贸n de tensiones internas debido al r谩pido calentamiento y enfriamiento. Como mostraron las mediciones, sin compensaci贸n de deformaci贸n, esto puede conducir a una desviaci贸n de 1-2 mm del tama帽o del bucle del modelo CAD. Por lo tanto, un paso intermedio importante en el desarrollo y la producci贸n de componentes de forma aditiva es la simulaci贸n de un
proceso real de
fusi贸n por l谩ser . Para este prop贸sito, utilizamos el software Simufact Additive, desarrollado espec铆ficamente para la fabricaci贸n aditiva. Este software le permite simular el proceso de impresi贸n 3D y los pasos de procesamiento posteriores, prediciendo la aparici贸n de deformaciones y tensiones internas.
El modelado del proceso de construcci贸n ha desempe帽ado un papel fundamental en la mejora del dise帽o, la seguridad y la optimizaci贸n de la deformaci贸n de los bucles producidos aditivamente. El uso del software Aditivo Simufact permiti贸 reducir la deformaci贸n del bucle del cap贸 en su conjunto en aproximadamente un 80%. Tambi茅n permiti贸 prescindir de pruebas de producci贸n costosas y prolongadas, ya que los componentes producidos estaban dentro de la tolerancia requerida desde el primer lote.
Participantes del proyecto
El proyecto LightHinge + recibi贸 el Premio Alem谩n Alem谩n de Innovaci贸n 2018 Gold Award en la categor铆a "Logros B2B - Tecnolog铆a automotriz"LightHinge + es un proyecto conjunto de tres empresas.
- EDAG Engineering GmbH es un proveedor independiente de servicios de ingenier铆a para la industria automotriz global. Como l铆der en tecnolog铆a e innovaci贸n, EDAG tambi茅n lidera varios centros de innovaci贸n que ha creado que desarrollan tecnolog铆as innovadoras para la industria automotriz : construcciones livianas, veh铆culos el茅ctricos, tecnolog铆as de informaci贸n automotriz, soluciones de seguridad integradas y nuevas tecnolog铆as de fabricaci贸n.
- El Centro de Fabricaci贸n Aditiva de Voestalpine GmbH como parte del Grupo de Empresas Voestalpine, un l铆der global en tecnolog铆a y herramientas de fabricaci贸n con una combinaci贸n 煤nica de experiencia en materiales y procesos de procesamiento. En 2016, el Grupo Voestalpine en D眉sseldorf abri贸 un nuevo centro de investigaci贸n para la impresi贸n 3D de piezas met谩licas para las industrias aeron谩utica y aeroespacial , automotriz, fabricaci贸n de herramientas, etc.
- Simufact Engineering es una compa帽铆a internacional de software con sede en Hamburgo, Alemania. Desarrolla soluciones de software para el dise帽o y optimizaci贸n de procesos de producci贸n utilizando modelado de procesos. Basado en las soluciones de simulaci贸n de Simufact, se construye el trabajo de los departamentos de desarrollo, dise帽o y producci贸n de muchas compa帽铆as conocidas.
Resumen: brevemente
- Requisitos de seguridad estrictos y construcci贸n compleja: 52% de reducci贸n de peso en comparaci贸n con la construcci贸n de chapa original.
- La integraci贸n funcional asegur贸 una reducci贸n del 68% en el n煤mero de componentes en comparaci贸n con la parte original.
- Un enfoque hol铆stico para el desarrollo de piezas que tiene en cuenta toda la cadena de procesos de fabricaci贸n aditiva.
- Minimizar la cantidad de soportes que conducen a un consumo reducido de material y la cantidad de procesos de postprocesamiento necesarios.
Material proporcionado por SLM Solutions