5 Principais Fabricantes de Automóveis Aproveitam a Impressão 3D para Revolucionar a Produção

A 3ERP cobriu muitas das diferentes maneiras que fabricantes de automóveis estão se beneficiando das vantagens que a impressão 3D traz à tona. À medida que a tecnologia ganha uma base mais mainstream dentro da indústria automobilística, muitas empresas estão tomando nota, mas muitas a estão usando em diferentes capacidades e para vários propósitos. Estas necessidades podem englobar qualquer coisa, desde ferramentas a peças de reposição/gestão de cadeia de suprimentos a peças de uso final e até carros completos.

É interessante ver o quão longe a tecnologia chegou, como é empregada pelos grandes nomes da indústria e para onde eles a veem indo para suas futuras cadeias de produção. Este artigo visa fornecer insight sobre as muitas maneiras que alguns dos maiores fabricantes de automóveis do mundo usam impressão 3D em seu fluxo de trabalho.

BMW

Como a maioria da impressão 3D é usada para corridas de produção de menor volume, há muito espaço para personalização e adição de complexidade usando os elementos únicos que a impressão 3D permite. A BMW não é estranha a tais formas de design e manufatura, empregando impressão 3D em pré-desenvolvimento, validação e teste de veículos, ou em carros-conceito e de exposição. Eles empregam a tecnologia para volumes maiores, mas corridas de produção menores permitem que personalizem produtos precisamente às necessidades de seus clientes.

A empresa tem sido prolífica em seu uso de manufatura aditiva, notando que potencialmente veem "grande potencial futuro para produção em série e novas ofertas ao cliente" (segundo especialistas da BMW na Alemanha). Eles têm usado a tecnologia para aprimorar tanto componentes plásticos quanto metálicos. Eles mais famosamente têm trabalhado com a HP para produzir produtos em seus sistemas de manufatura em larga escala.

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

Similarmente, a BMW revelou o iFE.20 carro de Fórmula E com um eixo de resfriamento impresso em 3D manufaturado a partir de fibras de linho. A peça foi mostrada no final de 2019. Comparado aos materiais de carbono usuais, o linho tem maior absorção e maior resistência a impacto, o que pode ser vantajoso nos circuitos de rua com seus solavancos e barreiras de colisão, nos quais a Fórmula E ocorre. Isso fez dele o primeiro carro de corrida da BMW pilotado por uma equipe de fábrica com peças feitas de fibras têxteis renováveis, também o tornando ambientalmente amigável.

Luvas da BMW com Polegar Protegido

A empresa usa impressão 3D para ferramentas e segurança também. Um bom exemplo disso são as luvas especializadas que usam para finalizar os tampões para furos de drenagem. Estes tampões têm que ser manualmente ajustados com os dedos do engenheiro, o que significa muita tensão nos polegares. Felizmente, eles criaram a solução impressa em 3D que poderia ser ajustada nas luvas de trabalho.

Mesmo além de seu trabalho em seus próprios automóveis, os engenheiros da empresa têm emprestado uma mão a projetos externos. Um exemplo é o desenvolvimento de assentos personalizados impressos em 3D para o time britânico de Basquete Paralímpico. Usando escaneamentos corporais 3D e o último em manufatura aditiva, os engenheiros da BMW construíram uma frota inteira de cadeiras de rodas permitindo que jogadores exibissem um nível mais avançado de habilidade atlética.

Ford

Garras e Fixadores da Ford

Quanto a compromisso com impressão 3D, a Ford está correndo de cabeça para abraçar a tecnologia. A empresa configurou um centro de manufatura aditiva e empregou suas operações extensivamente em seus fluxos de trabalho. Em termos de criação de impressões plásticas e metálicas, 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 AM através da cadeia de produção.

Eles também usam impressão 3D para cortar custo e tempo para ferramentas, pois a empresa descobriu que era mais rápido fazer suas próprias peças na instalação do que esperar por fornecedores e outras coisas. Eles também aplicam estes mesmos princípios a garras e fixadores, que desenvolvem em instalações por todo o mundo.

Eles expandiram suas operações de impressão 3D ao longo das últimas décadas, manufaturando componentes tanto metálicos quanto plásticos. Como a empresa afirma: "Nas últimas décadas, a Ford imprimiu bem mais de 500.000 peças e economizou bilhões de dólares e milhões de horas de trabalho. Onde levaria 4-5 meses e custaria $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".

Similarmente, várias subsidiárias da Ford têm mostrado suas habilidades em AM, mais notavelmente 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 melhoria e teste. Este 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-spoiler que a equipe está chamando de 'the swing'. Este novo design é um fator proeminente nas impressionantes capacidades aerodinâmicas do GT500.

Motor EcoBoost

A empresa estabeleceu outro grande marco de impressão 3D em fevereiro. Sua divisão Ford Performance, lidando com componentes de alta performance, imprimiu em 3D o que afirmam ser a maior peça metálica automotiva para um veículo funcional na história automotiva. A peça metálica foi instalada no Hoonitruck, um Ford F-150 1977 com motor V6 EcoBoost 3.5-litre twin-turbo. A peça em si é um coletor de admissão de alumínio, impresso 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 nesta frente nos últimos anos. Muito como muitas das outras empresas nesta lista, a Volvo tem usado impressão 3D para ferramentas e gestão de cadeia de suprimentos. O uso de impressão 3D tem sido particularmente útil no reabastecimento das máquinas da empresa com novas impressões para peças fora de produção. A Volvo está principalmente usando peças plásticas impressas em 3D e está olhando para a implementação de peças metálicas no futuro próximo.

Em 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 Trem de Força de Carregadeiras de Rodas na Volvo CE [equipamento de construção]. "Temos muito conhecimento e podemos fazer mudanças rápida e facilmente com impressão 3D. E por causa disso, significa que o tempo de mercado para um novo produto é mais rápido, então é de grande benefício para nossa empresa".

A velocidade aumentada de prototipagem tem sido massivamente útil para a empresa, como várias novas tecnologias que estavam testando provam. Por exemplo, engenheiros da Volvo projetaram novas carcaças de bomba d'água para os veículos A25G e A30G da empresa. Eles rodaram simulações como meio de otimizar o design de passagens de fluxo interno na carcaça, mas precisavam construir um protótipo para realizar testes funcionais para validar o novo design. O custo de ferramentas para este projeto seria de aproximadamente $9.090, com o custo da peça em torno de $909. O prazo para produzir o protótipo seria de 20 semanas no mínimo. Por outro lado, imprimir o protótipo em 3D custou $770 e levou apenas duas semanas.

No entanto, em 2019 a empresa aumentou a aposta em termos de seus processos AM, particularmente com sua filial Volvo Trucks. Sua fábrica New River Valley (NRV) em Dublin, Virgínia fez bastante manchetes este ano no mundo da manufatura. Eles usam principalmente SLS mas também experimentaram outros métodos AM. Esta instalação particular produz mais de 500 ferramentas e fixadores de manufatura em uso no chão de fábrica produzidos usando impressão 3D. A instalação também é um grande hub para engenharia automotiva norte-americana.

Além de automóveis comerciais, a empresa também desenvolve equipamentos de construção. Certamente, a impressão 3D também fez sua marca neste aspecto das operações da empresa. A Volvo aplicou impressão 3D na re-ferramentagem de seus caminhões articulados, e assim cortando o custo de prototipagem em um décimo. Isso também permitiu que reduzissem o tempo gasto de 20 para meramente 2 semanas.

GM

A General Motors, e suas várias outras filiais, são grandes usuárias (e desenvolvedoras) de tecnologia de impressão 3D. Em 2018, a GM estava economizando $300.000 por ano em ferramentas e está fazendo avanços suficientes para o desenvolvimento de novas tecnologias usando fontes de combustível alternativas. A principal montadora anunciou no ano passado que planeja lançar 20 novos modelos elétricos e de célula de combustível globalmente até o ano 2023.

Embora suas operações de impressão 3D tenham sido amplamente sobre prototipagem, eles estão expandindo. A empresa planeja ainda escalar suas operações de impressão para produzir "dezenas de milhares de peças em escala à medida que a tecnologia melhora", segundo Kevin Quinn, diretor de design aditivo e manufatura na GM. Este plano provavelmente se desenrolará nos próximos 5 anos.

O Centro de Tecnologia Warren da empresa produz aproximadamente 30.000 peças de protótipo por ano. As peças consistem de pelo menos nove tipos de materiais, empregando combinações de plásticos, metais e pós. Eles são principalmente usados para prototipagem, mas a empresa também está olhando para peças de uso final. Eles também são co-proprietários dos laboratórios HRL com a Boeing, que terminaram produzindo uma liga de alumínio impressa em 3D.

Dan Grieshaber, diretor de integração de manufatura global da GM, afirmou que a maioria das fábricas da GM tem impressoras 3D agora. A empresa planeja aumentar isso ainda mais, pelo menos dentro de suas fábricas norte-americanas. O movimento provavelmente economizará milhões de dólares em custos de produção anualmente para a GM. A GM tem sido um investidor de longa data em impressão 3D e suas várias tecnologias de sub-ramos. Eles estão aplicando para a construção rápida de ferramentas e acessórios para trabalhadores em suas plantas. Apenas este ano, a empresa afirmou que a implementação de uma máquina de impressão 3D de $35.000 economizou à empresa $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 Autodesk

Sua parceria com a Autodesk tem sido benéfica na manufatura de peças leves impressas em 3D que poderiam ajudar a montadora a atingir seus objetivos de adicionar veículos de combustível alternativo à sua linha de produtos. Também parte desta mesma colaboração, em 2019 ambas as empresas mostraram um suporte de assento impresso em 3D feito de aço inoxidável e desenvolvido com tecnologia Autodesk.

No início de 2019, a GM estava olhando para uma nova aplicação de design para impressão 3D. Em colaboração com a Michelin, estavam olhando para produzir um novo tipo de pneu com durabilidade superior. O pneu Uptis ainda está em desenvolvimento, 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, engenheiros estavam usando uma frota de Chevrolet Bolt EVs para testar os novos pneus em Michigan, e flutuaram a possibilidade de torná-los disponíveis ao público em 2024.

Porsche

A Porsche tem usado impressão 3D para uma gama de diferentes propósitos, desde componentes maiores a reinventar a cadeia de suprimentos para seus modelos mais antigos. A Porsche está atualmente usando impressão 3D para produzir peças de reposição muito específicas, mas não tão extensivamente. Isso se deve aos rigorosos padrões de qualidade que precisam conduzir para garantir que a segurança está em dia. A empresa também trabalha com um número geral menor de unidades produzidas, pois são mais uma marca de carros clássicos e de luxo.

Para o desenvolvimento de componentes fora de produção, como a alavanca de liberação da embreagem no Porsche 959, a empresa emprega fusão a laser. Eles fazem uso de aço para ferramentas em pó e obtêm a peça muito mais eficientemente do que seria possível com métodos alternativos.

O uso de impressão 3D também permitiu que a empresa se movesse para impressão sob demanda, permitindo custos muito menores associados a materiais, transporte e armazenamento. Isso também é benéfico, pois estas peças não estão em maior demanda e são frequentemente caras para manter em produção constante. A Porsche tem mais famosamente trabalhado com a Markforged na revivação destas 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. Embora estejam imprimindo um número limitado de peças atualmente, eles têm expandido o portfólio desde 2018 e testando componentes futuros.