Impressão 3D na Indústria Automotiva:4 Principais Tendências de Fabricação Digital

Novas tendências em veículos autônomos, carros elétricos e customização em massa estão obrigando montadoras e fornecedores a se adaptarem. Para permanecer relevante na era da Indústria 4.0, as empresas automotivas estão acelerando a adoção de tecnologias de impressão 3D.

Hoje, a impressão 3D, ou Fabricação Aditiva (AM), é usada em vários estágios da fabricação de automóveis, desde a fabricação de protótipos e ferramentas até a produção de peças sobressalentes e finais, permitindo que as montadoras permaneçam ágeis e inovadoras.

À medida que a impressão 3D ganha uma posição mais forte na indústria automotiva, exploramos quatro tendências interessantes que moldam o futuro da tecnologia no setor.

1. A impressão 3D impulsionará a eletrificação de veículos

Uma pesquisa recente da Jabil afirma que 48 por cento das montadoras pretendem ser líderes de mercado em veículos elétricos. Esta tendência crescente de eletrificação de veículos contribui para o uso crescente de AM no setor automotivo.

À medida que a indústria se distancia dos motores de combustão interna em direção aos veículos elétricos, a impressão 3D surge como uma solução que pode acelerar o desenvolvimento e mudar radicalmente a maneira como olhamos para o design dos componentes do carro.

Este último é possível graças às capacidades de leveza das novas ferramentas de design, como o design generativo, e a flexibilidade do AM para dar vida a designs avançados.

Em uma entrevista à Additive Manufacturing Media, Kevin Quinn, diretor de design e fabricação de aditivos da General Motors, disse que é apenas uma questão de tempo antes que o design generativo e AM se tornem as tecnologias primárias que conduzem peças mais leves para carros elétricos.

Mas por que a redução de peso é tão importante?

Reduzir o peso sempre foi uma meta em veículos movidos a motores de combustão para ajudar na redução do consumo de combustível e das emissões. Em veículos elétricos, o peso reduzido ainda desempenha um papel na redução do consumo de energia e, portanto, no aumento da autonomia com uma determinada bateria. Mas há outra consideração.

Quanto mais pesado o veículo, maior a capacidade da bateria de que ele precisa para atingir os objetivos de desempenho e alcance estabelecidos. Mas as baterias são pesadas, em comparação com outros componentes do veículo, portanto, adicionar capacidade da bateria tende a aumentar o peso do veículo desproporcionalmente.

É um ciclo vicioso que significa que a redução de peso - tanto o peso geral do veículo quanto o de seus componentes - é crítica em um veículo EV.

A partir de 2020, vários projetos de EV são usando impressão 3D no desenvolvimento e produção. Um exemplo é o Olli da Local Motors, um ônibus elétrico autônomo impresso em 3D projetado para transporte local de baixa velocidade.

O ônibus foi projetado principalmente para uso em centros urbanos em cidades, empresas e universidades campus e hospitais.

Então, como a empresa conseguiu isso?

A Local Motors usou algumas das maiores impressoras 3D do mundo - Fabricação de aditivos de grande área (BAAM) da ORNL e fabricação de aditivos em grande escala da Thermwood ( LSAM) máquinas - para produzir a maioria dos componentes de Olli, incluindo o teto e a parte inferior da carroceria do veículo.

O ônibus autônomo, que atualmente está sendo testado em 13 locais ao redor do mundo, é um marco significativo no uso de impressão 3D para produção EV.

A Local Motors não é a única empresa que busca EVs impressos em 3D. A Arcimoto, fabricante norte-americana de veículos sustentáveis, está produzindo Fun Utility Vehicles (FUVs), que apresentam componentes leves impressos em 3D, desenvolvidos em parceria com a XponentialWorks.

As peças, incluindo um braço oscilante traseiro, articulação , braço de controle superior e pedal de freio foram reprojetados para impressão 3D usando a ferramenta de design generativa da ParaMatters, alcançando economia de peso entre 34 e 49 por cento.

Com as peças redesenhadas até agora, as empresas cumpriram 120 da meta de redução de peso de 200 libras e planejam atingir a meta final nos próximos meses.

Enquanto a indústria de EV continua a descobrir a melhor forma de alavancar a impressão 3D, a próxima década será crucial para acelerar o uso da tecnologia para veículos sustentáveis.

2. Integrando AM na produção em série automotiva

A indústria automotiva foi uma das primeiras a adotar a impressão 3D para prototipagem rápida. Agora, os fabricantes de automóveis identificaram a produção de peças indiretas (por exemplo, moldes) e diretas como a proposta de valor final para AM.

Esta mudança de enfoque revela uma tendência empolgante:os OEMs automotivos e de impressão 3D estão se encaminhando para a produção digital em massa.

Dito isso, esta jornada não é totalmente simples. A indústria automotiva tem requisitos de produção exclusivos, incluindo alta produtividade, baixos custos de material e um alto nível de automação da produção.

Ao mesmo tempo, a indústria é moldada pelas tendências em mudança na demanda, dinâmica da cadeia de suprimentos e regulamentações, sem mencionar o impulso para a customização em massa.

Para atender aos requisitos de produção de peças automotivas, a indústria AM deve evoluir rapidamente.

O que vemos cada vez mais em toda a indústria, porém, é o desenvolvimento de novas tecnologias, fundamentais para a obtenção de peças maiores, volumes maiores e produção mais rápida.

Este progresso é principalmente impulsionado pela evolução do hardware e maior automação do processo. Por exemplo, o jato de aglutinante de metal está emergindo das sombras como uma tecnologia de produção viável. Ele oferece uma velocidade de impressão mais rápida, em comparação com outros processos AM de metal, o que é uma vantagem especial para os fabricantes de automóveis.

Em termos de automação, os fabricantes de automóveis estão procurando maneiras de agilizar as etapas dos fluxos de trabalho de AM. Isso envolve, por exemplo, a incorporação de ferramentas de design para automatizar DfAM (Design for Additive Manufacturing), software MES para estabelecer o controle do fluxo de trabalho e rastreabilidade, bem como a integração de hardware de pós-processamento automatizado. Enquanto isso, a disponibilidade de materiais de uso final que atendem aos requisitos automotivos está aumentando. As empresas de desenvolvimento de materiais reconhecem o potencial de casar a impressão 3D com a produção automotiva e trabalham para lançar plásticos duráveis ​​e estáveis ​​aos raios ultravioleta e metais automotivos populares, como alumínio e aço.

Diante desses desenvolvimentos, as receitas da produção automotiva de AM devem chegar a quase US $ 10 bilhões até o final desta década, de acordo com este relatório da SmarTech.

Enquanto AM se alinha com as necessidades da indústria automotiva, a produção da peça final, usando a tecnologia, está apenas começando a ganhar impulso. A tração será acelerada nos próximos cinco a dez anos, impulsionada por melhorias tecnológicas e novos aplicativos AM para produção em série.

3. A colaboração impulsiona a industrialização da AM no setor automotivo

Empresas e instituições de pesquisa estão trabalhando arduamente para traduzir a impressão 3D em processos de produção industrializados e altamente automatizados para a fabricação de automóveis.

O aumento da colaboração é particularmente evidente no número de projetos lançados recentemente.

Um desses projetos é o projeto de Industrialização e Digitalização da Manufatura Aditiva (IDAM) da Alemanha, lançado no ano passado.

Doze parceiros do projeto planejam criar linhas de produção AM capazes de produzir pelo menos 50.000 componentes por ano na produção de peças comuns e mais de 10.000 peças individuais e sobressalentes sob a mais alta qualidade e pressão de custo.

Além disso, os custos unitários dos componentes de metal impressos em 3D devem ser mais do que pela metade, de acordo com o projeto.

Coordenado pelo BMW Group, o projeto do IDAM será executado pelos próximos dois anos, ajudando a estabelecer a impressão 3D de metal de forma sustentável na produção. Além da impressão 3D em metal, a indústria também busca o avanço do polímero AM para a fabricação de automóveis. A este respeito, o projeto POLYLINE marca um marco para a impressão 3D de polímero automotivo.

Lançado no início deste ano, o projeto POLYLINE visa superar os desafios existentes na integração de AM em linhas de produção automotivas. Por exemplo, os participantes do projeto trabalharão no desenvolvimento de novos padrões e na criação de soluções para aumentar a automação no chão de fábrica.

Olhando para a integração horizontal, o projeto trabalhará no estabelecimento de fluxos de trabalho de dados digitais, para alcançar maior eficiência nos processos de produção e nas cadeias de abastecimento.

Ambos os projetos têm sede na Alemanha, o que não é surpreendente, visto que as montadoras alemãs foram as que mais investiram no desenvolvimento de AM para a produção da peça final até o momento.

4. Eletrônica impressa em 3D para carros conectados

Conforme o mundo entra em uma nova era de veículos conectados, o número de dispositivos eletrônicos, como sensores e antenas dentro do veículo, está aumentando. Com esse aumento, vem uma necessidade maior de projetar e produzir eletrônicos menores e mais complexos.

A impressão 3D para eletrônicos está criando novas maneiras de produzir componentes inteligentes para veículos em rede e coletar dados automotivos.

Vejamos os sensores como exemplo. Para permitir que os veículos coletem dados ambientais e de desempenho do carro, você precisará de sensores com recursos sem fio, formatos personalizados e até geometrias não planas.

Tradicionalmente, esses sensores são fabricados separadamente do veículo e precisam primeiro ser montados e depois enviados ao fabricante para serem finalmente instalados em um componente.

Os avanços nos sistemas AM para eletrônicos abrem a oportunidade de embutir esses sensores diretamente em componentes mecânicos e na estrutura dos veículos. Esta abordagem pode levar a uma maior confiabilidade e maior vida útil em comparação com sensores montados convencionalmente.

Além disso, a impressão 3D eletrônica pode reduzir os custos e o tempo de desenvolvimento para a criação desses sensores.

Diferentes os botões encontrados em um carro podem ser uma aplicação para se beneficiar dos sensores impressos em 3D. Investigadores do Instituto de Sistemas e Robótica de Portugal estão a desenvolver abordagens para substituir botões físicos por sensores tácteis impressos em 3D.

Neotech AMT GmbH, um desenvolvedor de hardware eletrônico de impressão 3D, vê outra aplicação potencial de eletrônicos impressos em 3D, nomeadamente padrões de aquecedores para interiores de automóveis. A impressão 3D de padrões de aquecedores pode reduzir seu peso, contagem de peças e etapas de montagem manual.

Apesar de todas as vantagens, ainda faltam componentes eletrônicos para automóveis impressos em 3D. Mas com muitos fabricantes de automóveis adotando a impressão 3D para peças de metal e plástico, o maior uso da impressão 3D para componentes eletrônicos mais leves e complexos certamente virá.

Impressão 3D no setor automotivo:à beira da mudança

À medida que os carros estão se tornando mais inteligentes e autônomos, as montadoras e fornecedores se encontram à beira de mudanças revolucionárias. Essas mudanças também estão alimentando o uso crescente da impressão 3D no setor automotivo. A impressão 3D ajuda as empresas a se tornarem mais flexíveis na produção e a desenvolver melhores componentes para automóveis que seriam impossíveis com os processos tradicionais.

Tecer tecnologias de impressão 3D na produção automotiva também se tornou uma tendência por si só. Os fabricantes de automóveis firmam parcerias estratégicas com empresas de AM e iniciam projetos colaborativos para industrializar a AM.

Embora os resultados desses esforços ainda não tenham sido demonstrados, seu escopo e visão sinalizam que o futuro da impressão 3D na indústria automotiva será brilhante.