Como 5 grandes fabricantes de automóveis usam a impressão 3D

O 3ERP cobriu muitas das diferentes maneiras pelas quais os fabricantes de automóveis estão se beneficiando das vantagens que a impressão 3D traz à tona. À medida que a tecnologia está ganhando espaço na indústria automobilística, muitas empresas estão tomando nota, mas muitas estão usando-a em diferentes capacidades e para vários propósitos. Essas necessidades podem abranger qualquer coisa, desde ferramentas a peças sobressalentes/gestão da cadeia de suprimentos até peças de uso final e até carros completos.

É interessante ver até onde a tecnologia chegou, como ela é empregada pelos grandes nomes do setor e onde eles a veem para suas futuras cadeias de produção. Este artigo tem como objetivo fornecer informações sobre as muitas maneiras pelas quais alguns dos maiores fabricantes de automóveis do mundo usam a impressão 3D em seu fluxo de trabalho.

BMW

Como a maioria da impressão 3D é usada para produções de menor volume, há muito espaço para personalização e complexidade adicional usando os elementos exclusivos que a impressão 3D permite. A BMW não é estranha a essas formas de design e fabricação, empregando impressão 3D em pré-desenvolvimento, validação de veículos e testes, ou em carros de conceito e show. Eles empregam a tecnologia para volumes maiores, mas ciclos de produção menores permitem que eles personalizem produtos precisamente para as necessidades de seus clientes.

A empresa tem sido prolífica no uso de manufatura aditiva, observando que eles potencialmente veem “grande potencial futuro para produção em série e novas ofertas para clientes ” (de acordo com os especialistas da BMW na Alemanha). Eles têm usado a tecnologia para aprimorar componentes de plástico e metal. Eles têm trabalhado com a HP para produzir produtos em seus sistemas de fabricação em grande escala.

Como muitas outras empresas nesta lista, a BMW o usa como meio de produzir peças que outras tecnologias não podem criar. Um bom exemplo disso é a tampa superior do i8 Roadster. A montagem deste componente não seria possível usando um processo de fundição tradicional. Além de expandir as possibilidades de design, a peça do carro impressa em 3D é mais durável e também pesa menos do que as iterações anteriores.

Da mesma forma, a BMW apresentou o iFE.20 Formula E racer com um eixo de resfriamento impresso em 3D fabricado a partir de fibras de linho. A peça foi exibida no final de 2019. Comparado aos materiais usuais de carbono, o linho tem maior absorção e maior resistência ao impacto, o que pode ser vantajoso nos circuitos de rua com seus ressaltos e barreiras, em que a Fórmula E acontece. Isso o tornou o primeiro carro de corrida BMW em campo por uma equipe de trabalho com peças feitas de fibras têxteis renováveis, tornando-o também ecologicamente correto.

Luvas BMW com polegar protegido

A empresa também usa a impressão 3D para ferramentas e segurança. Um bom exemplo disso são as luvas especializadas que eles usam para terminar as rolhas dos orifícios de drenagem. Essas rolhas precisam ser ajustadas manualmente com os dedos do engenheiro, o que significa muita tensão nos polegares. Felizmente, eles criaram a solução impressa em 3D que pode ser colocada nas luvas de trabalho.

Mesmo além do trabalho em seus próprios automóveis, os engenheiros da empresa têm ajudado em projetos externos. Um exemplo é o desenvolvimento de assentos impressos em 3D sob medida para o time de basquete paraolímpico britânico. Usando varreduras corporais em 3D e o que há de mais moderno em manufatura aditiva, os engenheiros da BMW construíram uma frota inteira de cadeiras de rodas, permitindo que os jogadores exibissem um nível mais avançado de proeza atlética.

Ford

Gabaritos e acessórios da Ford

No que diz respeito ao compromisso com a impressão 3D, a Ford está correndo de cabeça para abraçar a tecnologia. A empresa montou um centro de manufatura aditiva e empregou suas operações extensivamente em seus fluxos de trabalho. Em termos de criação de impressões em plástico e metal, eles têm uma parceria de longa data com várias empresas, como Ultimaker, Stratasys e GE Additive, que fornecem máquinas para todos os tipos de aplicações de AM em toda a cadeia de produção.

Eles também usam a impressão 3D para reduzir custos e tempo para ferramentas, pois a empresa descobriu que era mais rápido fazer suas próprias peças nas instalações do que esperar por fornecedores e outras coisas. Eles também aplicam esses mesmos princípios a gabaritos e acessórios, que eles desenvolvem em instalações em todo o mundo.

Eles expandiram suas operações de impressão 3D ao longo das últimas décadas, fabricando componentes de metal e plástico. Como a empresa afirma:“Nas últimas décadas, a Ford imprimiu mais de 500.000 peças e economizou bilhões de dólares e milhões de horas de trabalho. Onde levaria de 4 a 5 meses e custaria US$ 500.000 para produzir um protótipo com métodos tradicionais, uma peça impressa em 3D pode ser produzida em questão de dias ou horas a um custo de alguns milhares de dólares ”.

Da mesma forma, as várias subsidiárias da Ford têm mostrado suas habilidades de AM, principalmente as equipes de design por trás do Shelby GT500. Este ano, eles imprimiram em 3D os designs mais promissores para o novo GT500 em questão de dias, o que acelerou imensamente as etapas de aprimoramento e teste. Esse ritmo permite que eles ajustem rapidamente o Shelby GT500 pouco a pouco, trazendo novos designs físicos em velocidades vertiginosas. Eles também desenvolveram um novo design híbrido de asa de spoiler que a equipe está chamando de “o balanço”. Este novo design é um fator de destaque nas impressionantes capacidades aerodinâmicas do GT500.

Motor EcoBoost

A empresa estabeleceu outro grande marco de impressão 3D em fevereiro. Sua divisão Ford Performance, que lida com componentes de alto desempenho, imprimiu em 3D o que eles afirmam ser a maior peça automotiva de metal para um veículo de trabalho na história automotiva. A parte metálica foi instalada no Hoonitruck, um Ford F-150 de 1977 com um motor V6 EcoBoost de 3,5 litros twin-turbo. A peça em si é uma entrada do coletor de alumínio, impressa usando o Concept Laser X LINE 2000R da GE Additive.

Volvo

Embora não seja o usuário mais proeminente de impressão 3D automotiva, a Volvo tem feito grandes avanços nessa frente nos últimos anos. Assim como muitas outras empresas nesta lista, a Volvo tem usado a impressão 3D para ferramentas e gerenciamento da cadeia de suprimentos. O uso da impressão 3D tem sido particularmente útil no reabastecimento das máquinas da empresa com novas impressões para peças fora de produção. A Volvo está usando principalmente peças plásticas impressas em 3D e está olhando para a implementação de peças metálicas em um futuro próximo.

A partir de 2018, a empresa estava usando manufatura aditiva principalmente para prototipagem e ferramentas. “Como só precisamos produzir baixos volumes de peças para prototipagem, é uma boa maneira de ver o que funciona”, diz Fredrick Andersson, engenheiro de desenvolvimento para instalação de powertrain de carregadeiras de rodas na Volvo CE [equipamento de construção]. “Temos muito conhecimento e podemos fazer alterações de forma rápida e fácil com a impressão 3D. E, por isso, significa que o tempo de lançamento de um novo produto no mercado é mais rápido, por isso é um grande benefício para nossa empresa .”

O aumento da velocidade de prototipagem tem sido extremamente útil para a empresa, como provam várias novas tecnologias que eles estavam testando. Por exemplo, os engenheiros da Volvo projetaram novas carcaças de bombas de água para os veículos A25G e A30G da empresa. Eles fizeram simulações como forma de otimizar o projeto das passagens de fluxo interno no alojamento, mas precisavam construir um protótipo para realizar testes funcionais para validar o novo projeto. O custo do ferramental para este projeto teria sido de aproximadamente US$ 9.090, com o custo da peça em torno de US$ 909. O tempo de espera para produzir o protótipo teria sido de 20 semanas no mínimo. Por outro lado, a impressão 3D do protótipo custou US$ 770 e levou apenas duas semanas.

No entanto, em 2019, a empresa aumentou a aposta em termos de seus processos de AM, principalmente com a filial da Volvo Trucks. Sua fábrica de New River Valley (NRV) em Dublin, Virgínia, ganhou algumas manchetes este ano entre o mundo da manufatura. Eles usam principalmente SLS, mas também se interessam por outros métodos de AM. Esta instalação em particular produz mais de 500 ferramentas e acessórios de fabricação em uso no chão de fábrica produzidos com impressão 3D. A instalação também é um importante centro de engenharia automotiva norte-americana.

Além de automóveis comerciais, a empresa também desenvolve equipamentos de construção. Com certeza, a impressão 3D também deixou sua marca neste aspecto das operações da empresa. A Volvo aplicou a impressão 3D na reformulação de seus caminhões articulados e, assim, reduziu o custo de prototipagem em um décimo. Isso também permitiu que eles reduzissem o tempo gasto de 20 para apenas 2 semanas.

GM

A General Motors e seus vários outros ramos são os principais usuários (e desenvolvedores) da tecnologia de impressão 3D. A partir de 2018, a GM estava economizando US$ 300.000 por ano em ferramentas e está fazendo avanços suficientes para o desenvolvimento de novas tecnologias usando fontes alternativas de combustível. A montadora líder anunciou no ano passado que planeja lançar 20 novos modelos elétricos e de célula de combustível globalmente até o ano de 2023.

Embora suas operações de impressão 3D tenham sido amplamente voltadas à prototipagem, elas estão se expandindo. A empresa planeja expandir ainda mais suas operações de impressão para produzir “dezenas de milhares de peças em escala à medida que a tecnologia melhora ”, de acordo com Kevin Quinn, diretor de design aditivo e fabricação da GM. É provável que este plano se desenvolva nos próximos 5 anos.

O Warren Tech Center da empresa produz cerca de 30.000 peças de protótipo a cada ano. As peças consistem em pelo menos nove tipos de materiais, empregando combinações de plásticos e metais e pós. Eles são usados ​​principalmente para prototipagem, mas a empresa também está analisando peças de uso final. Eles também são proprietários de laboratórios HRL com a Boeing, que acabou produzindo uma liga de alumínio impressa em 3D.

Dan Grieshaber, diretor de integração global de fabricação da GM, afirmou que a maioria das fábricas da GM tem impressoras 3D agora. A empresa planeja aumentá-lo ainda mais, pelo menos dentro de suas fábricas norte-americanas. A mudança provavelmente economizará milhões de dólares da GM em custos de produção anualmente. A GM tem sido uma investidora em impressão 3D e suas várias tecnologias de sub-ramo. Eles estão aplicando para a construção rápida de ferramentas e acessórios para trabalhadores em suas fábricas. Apenas este ano, a empresa afirmou que a implementação de uma máquina de impressão 3D de US$ 35.000 economizou US$ 300.000 em dois anos. Embora a produção de ferramentas seja o papel principal que a impressora desempenha, pode ser possível que a empresa aumente o papel da manufatura aditiva em suas operações diárias.

Suporte da GM desenvolvido em colaboração com a Autodesk

Sua parceria com a Autodesk foi benéfica na fabricação de peças leves impressas em 3D que podem ajudar a montadora a atingir suas metas de adicionar veículos com combustíveis alternativos à sua linha de produtos. Ainda nessa mesma colaboração, em 2019 ambas as empresas exibiram suporte de assento impresso em 3D feito de aço inoxidável e desenvolvido com a tecnologia Autodesk.

No início de 2019, a GM estava analisando um novo aplicativo de design para impressão 3D. Em colaboração com a Michellin, eles estavam procurando produzir um novo tipo de pneu com durabilidade superior. O pneu Uptis ainda é um trabalho em andamento, mas as empresas passaram para a fase de testes. Eles afirmam que os pneus seriam 100% sustentáveis, resistentes e capazes de durar ainda mais. Eles também são uma alternativa muito mais verde, com menos desperdício durante a produção. Recentemente, os engenheiros estavam usando uma frota de Chevrolet Bolt EVs para testar os novos pneus em Michigan e sugeriram a possibilidade de disponibilizá-los ao público em 2024.

Porsche

A Porsche tem usado a impressão 3D para diversos propósitos, desde componentes principais até reinventar a cadeia de suprimentos para seus modelos mais antigos. Atualmente, a Porsche está usando a impressão 3D para produzir peças de reposição muito específicas, mas não tanto. Isso se deve aos rigorosos padrões de qualidade que eles precisam realizar para garantir a segurança. A empresa também trabalha com um número total menor de unidades produzidas por serem mais da marca de carros clássicos e de luxo.

Para o desenvolvimento de componentes fora de produção, como a alavanca de liberação da embreagem do Porsche 959, a empresa emprega fusão a laser. Eles fazem uso de aço para ferramentas em pó e retiram a peça com muito mais eficiência do que seria possível com métodos alternativos.

O uso da impressão 3D também permitiu à empresa avançar para a impressão sob demanda, permitindo custos muito mais baixos associados a materiais, transporte e armazenamento. Isso também é benéfico, pois essas peças não estão em maior demanda e geralmente são caras para manter em produção constante. A Porsche tem trabalhado com Markfordged para reviver essas peças clássicas.

Principalmente, eles usam SLM e SLS para as várias peças que precisam produzir. A Porsche afirmou que as peças impressas em 3D são superiores às mais antigas em muitos casos. Enquanto eles estão imprimindo um número limitado de peças atualmente, eles vêm expandindo o portfólio desde 2018 e testando componentes futuros.