O valor da manufatura aditiva em
a indústria automotiva
Na última década, a fabricação aditiva (também conhecida como impressão 3D industrial) desempenhou um papel cada vez mais importante na indústria automotiva. Foi inicialmente usado para criar protótipos automotivos para verificar sua forma e ajuste. À medida que a tecnologia e os materiais de impressão 3D evoluíram e se diversificaram, a impressão 3D passou de uma tecnologia opcional limitada à produção de protótipos simples para uma parte integrante do processo de fabricação, desde a conceituação inicial até a produção de peças finais.
A indústria automotiva foi transformada pelas oportunidades oferecidas pela manufatura aditiva. Agora comumente usadas em estúdios de design, linhas de montagem de fábricas e customização, as impressoras 3D estão auxiliando no design e desenvolvimento, acelerando o processo de montagem, criando peças complexas, aprimorando medições e testes e fornecendo soluções de customização em todo o processo de desenvolvimento.
O hipercarro Czinger 21C mostra o futuro da fabricação aditiva na indústria automotiva. Com mais de 350 componentes AM usados ​​na estrutura, suspensão, sistemas de freio, sistema de transmissão e muito mais do veículo, cada componente é projetado computacionalmente e otimizado para peso, eficiência e desempenho.
Para começar, é importante esclarecer como funciona a manufatura aditiva. Neste processo, uma peça é construída camada por camada a partir do zero, completando eventualmente a forma da peça acabada. Isso gera um desperdício mínimo de material, pois apenas os materiais necessários para construir a peça são usados. Isso contrasta com a fabricação subtrativa (como a usinagem CNC), onde uma peça é formada pela remoção de material da matéria-prima, ou com a moldagem por injeção, onde várias peças são fundidas em um molde. Os métodos tradicionais de fabricação podem ser limitados pela velocidade de fabricação, custos de configuração, limitações de projeto e/ou capacidade de concluir ajustes de projeto em tempo real. Em contraste, o processo de construção em camadas proporciona uma grande liberdade de design, já que formas complexas, peças ocas e peças entrelaçadas podem ser construídas tão facilmente quanto formas simples, e as peças podem ser produzidas em horas ou dias, em vez de semanas.
A BMW imprime peças em 3D para seus veículos desde 2010. Aqui, as peças estão sendo fabricadas para o roadster BMW i8 usando a tecnologia HP Multi Jet Fusion.
Aplicações da Manufatura Aditiva na Indústria Automotiva
As aplicações típicas de manufatura aditiva (AM) na indústria automotiva incluem:
Comunicação de design e conceito
Modelos em escala impressos em 3D permitem que os engenheiros comuniquem e demonstrem conceitos de design para novos veículos ou componentes de veículos. Esses modelos também são utilizados para testes aerodinâmicos de novos modelos. Por exemplo, a GM usou impressão 3D para construir 75% de um protótipo do Corvette C8, permitindo que a montadora fizesse alterações em tempo real para projetar peças e garantir que elas se encaixassem corretamente. Eles também usaram a impressão 3D para treinar robôs na linha de produção, em vez de ter que esperar a construção das peças finais.
Protótipo do Chevrolet C8 Corvette impresso em 3D
Prototipagem rápida e validação de design
Na corrida contínua para serem os primeiros e melhores, os fabricantes de automóveis envolvem-se continuamente na investigação e desenvolvimento para criar produtos melhores e colocá-los no mercado mais rapidamente do que os seus concorrentes. AM torna esse processo mais rápido e acessível, com sua capacidade de criar rapidamente protótipos funcionais em apenas algumas horas, em vez dos prazos típicos de vários dias ou mais. Isso pode ajudar os designers de produtos a testar e iterar com mais frequência e economia, levando a melhores produtos finais. Usar AM é agora uma das maneiras mais comuns de validar um protótipo, seja ele um pequeno detalhe impresso rapidamente ou uma peça funcional em escala real para validação e teste de desempenho.
A Skorpion Engineering utiliza uma técnica de soldagem estrutural para produzir peças grandes com a tecnologia HP Multi Jet Fusion.
Otimização de design e redução de peso
Os fabricantes automotivos trabalham para melhorar o design dos componentes a fim de minimizar o peso, reduzir as etapas de fabricação ou melhorar o design geral. O processo de fabricação aditiva permite estratégias de redução de peso, como o uso de materiais mais leves ou a eliminação de materiais não estruturais ou a integração de múltiplas peças em uma. Por exemplo, engenheiros da GM e da Autodesk usaram projeto generativo para consolidar um conjunto de suporte de assento de 8 componentes em uma única peça. Este suporte de assento impresso em 3D é 40% mais leve e 20% mais resistente que a peça original.
Suporte de assento reprojetado pela GM para redução de peso e fabricação simplificada.
Gabaritos, acessórios e ferramentas
Na fase de produção, a manufatura aditiva é utilizada para fabricar rapidamente garras, gabaritos e acessórios, além de fazer moldes para peças. Isso permite que os fabricantes simplifiquem o processo de montagem e produzam ferramentas personalizadas a baixo custo. Por exemplo, a Ford usa impressão 3D para gabaritos e acessórios para agilizar a montagem de seus veículos, e a BMW substituiu acessórios de alumínio por acessórios termoplásticos impressos em 3D.
Um número crescente de fabricantes está produzindo peças de uso final com manufatura aditiva. Este processo de fabricação oferece maior liberdade de design e capacidade de inovação sem sacrificar a resistência ou a integridade estrutural quando comparado à fabricação tradicional. Um benefício adicional é que a mesma tecnologia pode ser usada para modelos conceituais, protótipos funcionais e peças de uso final, proporcionando uma transição simplificada do conceito inicial até a produção em massa.
A pinça de freio monobloco de oito pistões da Bugati é a primeira pinça de freio do mundo produzida por uma impressora 3D.
A personalização é uma tendência cada vez mais popular na indústria automotiva, principalmente devido aos avanços na tecnologia e nos materiais de impressão 3D. A manufatura aditiva torna fácil e econômica a criação de itens exclusivos ou de produção de baixo volume de peças personalizadas, de uma forma que antes não era possível. Alguns fabricantes personalizam veículos para atender a um cliente específico, outros para melhorar o desempenho ou a aparência de veículos específicos. Um exemplo divertido é a Volkswagen, que usou sua van conceito VW Type 20 para mostrar algumas de suas tecnologias mais avançadas e capacidade de personalização em massa de componentes de veículos.
Com métodos de fabricação tradicionais, geralmente é mais econômico fabricar grandes quantidades de uma só vez do que produzir peças conforme necessário. Isso resulta no consumo de espaço de armazenamento para estocar peças ou no descarte de peças extras ou obsoletas que foram produzidas em excesso. A impressão 3D tem o mesmo baixo custo por peça, sejam elas produzidas individualmente ou em massa. Isso permite a fabricação sob demanda, onde as peças são produzidas conforme necessário.
Com o uso do CAD, os projetos de todas as peças podem ser mantidos como uma cópia digital, tornando obsoleta a necessidade de manter o estoque. Mesmo as peças que não existem mais podem ser refeitas de acordo com os requisitos ou sofrer engenharia reversa com base em digitalizações digitais de peças existentes.
A Porsche dedicou uma filial, chamada Porsche Classic, para manter vivas suas linhas vintage. Eles usam impressão 3D para produzir peças de reposição de plástico e metal conforme necessário.
Benefícios da Manufatura Aditiva na Indústria Automotiva
A indústria automotiva se beneficia de várias maneiras com a fabricação aditiva. Esses incluem:
Tempo de produção reduzido
Como há configuração mínima e nenhuma ferramenta necessária, a fabricação aditiva proporciona um tempo de resposta muito mais rápido para protótipos e produção de pequenas tiragens do que a fabricação tradicional. Economiza-se tempo adicional se múltiplas peças puderem ser integradas em um projeto, o que elimina o tempo e o custo de montagem. Como as peças funcionais podem ser fabricadas em dias, em vez de semanas, o processo de prototipagem pode ser concluído de forma eficiente e os produtos levados ao mercado de forma mais rápida e econômica do que era possível anteriormente.
Menos material desperdiçado
Geralmente, a fabricação aditiva produz muito menos desperdício de material do que a fabricação tradicional porque as peças são construídas camada por camada, em vez de remover material desnecessário de uma peça sólida ou criar moldes exclusivos para cada projeto de peça. A capacidade de produzir peças sob demanda também reduz a necessidade de descartar produtos não utilizados caso eles não sejam utilizados ou se tornem obsoletos.
Otimização da cadeia de suprimentos
Os problemas contínuos da cadeia de abastecimento estão a acelerar a tendência de produção localizada. Os fabricantes automotivos estão eliminando atrasos devido à escassez de materiais e atrasos no envio, fabricando peças no local ou terceirizando para agências locais de serviços de impressão 3D. Isto tem o benefício adicional de apoiar a economia local e economizar custos de envio, que aumentaram até mais de 200% somente no ano passado.
Consumo de energia reduzido
A fabricação aditiva consome muito menos energia do que os processos de fabricação tradicionais. Um benefício adicional é o menor consumo de combustível e poluição devido ao transporte minimizado de matérias-primas e produto final, uma vez que as peças são fabricadas mais perto de casa.
Como a manufatura aditiva é usada para criar peças e ferramentas de reposição, as instalações exigem menos espaço de estoque para armazenar as peças extras. Isso pode reduzir despesas gerais e economizar espaço.
Todos os factores acima mencionados podem resultar em benefícios e reduções de custos, especialmente ao longo do tempo e quando comparados com o fabrico tradicional, gerando um retorno positivo do investimento.
Apoiando fabricantes com impressão 3D industrial
A Tempus 3D é uma agência de serviços de fabricação aditiva localizada no oeste do Canadá, especializada na fabricação aditiva de plásticos industriais para o mercado canadense. Apoiamos nossos clientes durante todo o processo de fabricação, desde a conceituação inicial e prototipagem até a fabricação completa de peças de uso final. Com tecnologia de impressão 3D HP Multi Jet Fusion líder do setor e experiência no setor, a equipe da In-Gear possui as ferramentas e o conhecimento para apoiar suas metas de desenvolvimento de produtos. Entre em contato conosco hoje para saber mais.