La tecnología de impresión 3D en metal tiene importantes perspectivas de aplicación en el campo de la fabricación de automóviles. No sólo puede fabricar rápidamente prototipos, acelerar el proceso de desarrollo de nuevos automóviles, sino también producir directamente pequeños lotes de piezas, acortar la cadena de suministro y reducir costos, convirtiéndose en una tecnología complementaria clave en la industria automotriz.
Además, las ventajas únicas de impresión 3D en la fabricación de piezas complejas ayudan a simplificar la estructura de los componentes automotrices, reducir el peso y ahorrar materiales. Aunque la tecnología tiene el potencial de ser más rápida, más económica y fabricar componentes más complejos, su aplicación generalizada en el campo de la fabricación de automóviles sigue siendo limitada hasta el momento. En el futuro, sólo las tecnologías con capacidades de fabricación más eficientes, económicas y flexibles podrán convertirse realmente en la forma principal de fabricación de automóviles.
La impresión 3D en la industria automotriz actual
En la industria automotriz actual, Tecnología de impresión 3D Inicialmente, no fue adoptado directamente por los fabricantes de automóviles, sino que fue aplicado por primera vez por su flota patrocinada. Durante décadas, desde Ford hasta Ferrari, muchas empresas han visto las carreras como una incubadora para probar nuevas tecnologías. Hoy en día, muchas características estándar de los automóviles, como los sistemas de frenado regenerativo, los sistemas de encendido por botón e incluso los espejos retrovisores en los vehículos híbridos, se remontan a las innovaciones de estos autos de carreras. Lo mismo se aplica a la tecnología de impresión 3D, especialmente a la impresión en metal. Los equipos de Fórmula Uno, los equipos del World Endurance Challenge, los equipos de Fórmula E y otros han experimentado los beneficios de la fabricación aditiva, incluidas iteraciones rápidas de diseño. prototipado rápidoy componentes livianos, todos los cuales pueden mejorar el rendimiento del vehículo en la pista.
A pesar de tener tantas ventajas de fabricación, ¿por qué los fabricantes de automóviles no han adoptado ampliamente la impresión 3D? Esto puede deberse a que la adopción de nuevas tecnologías implica ajustes e inversiones complejas a lo largo de todo el proceso productivo. Sin embargo, con el continuo desarrollo y madurez de la tecnología, se espera que los fabricantes de automóviles reconozcan gradualmente el valor potencial de la impresión 3D, incluidos procesos de fabricación más rápidos y flexibles, así como los beneficios a largo plazo de un diseño optimizado y componentes livianos. Por lo tanto, se espera que en el futuro se produzca una adopción más amplia de la tecnología de impresión 3D en la industria de fabricación de automóviles.
Actualmente, los tipos de materiales compatibles con la tecnología de impresión 3D son relativamente limitados. Tomando como ejemplo los plásticos, la mayoría de los materiales actualmente disponibles para moldeo solo pueden satisfacer necesidades limitadas. Para los fabricantes de automóviles con mayores requisitos de aplicación, los materiales existentes ni siquiera pueden pasar las pruebas de laboratorio.
El costo de la materia prima de la tecnología es extremadamente alto, incluso después de experimentar importantes reducciones de precios, el precio del polvo metálico todavía alcanza cientos o incluso miles de yuanes por kilogramo, lo que resulta en que el costo de las piezas terminadas posiblemente alcance de cientos a miles de yuanes por kilogramo. Esto es demasiado costoso para la producción a gran escala.
Aunque la impresión 3D ha logrado cierto éxito en la industria automotriz, especialmente en las carreras, donde puede soportar el alto costo de imprimir componentes complejos para lograr la victoria, sólo puede extenderse a una gama más amplia de procesos de fabricación con una tecnología más rentable. Actualmente, la mayoría de los componentes todavía se producen utilizando métodos tradicionales como morir fundición, Mecanizado CNCy estampado.
Fusión selectiva por láser (SLM)
La tecnología de fusión por láser selectiva se considera más adecuada para aplicaciones de lotes pequeños y de alto valor. Esta tecnología se ha utilizado ampliamente en el campo de la fabricación de automóviles mediante el uso de láser para fundir polvo metálico capa por capa, con el fin de fabricar piezas metálicas de forma rápida y precisa. Empresas de fabricación de automóviles como BMW, Ford, Volkswagen y Mercedes Benz han logrado un éxito significativo en la adopción de esta tecnología, logrando una producción en masa bajo ciertas condiciones. Sin embargo, la mayoría de estos casos de éxito se limitan a marcas de alta gama y el volumen total de fabricación sigue siendo limitado.
Este fenómeno se remonta a las limitaciones de la tecnología de fusión selectiva por láser en términos de costo, materiales y velocidad. El equipo de fusión selectiva por láser requiere una enorme inversión inicial, con un coste completo del sistema de hasta 2 millones de dólares o más. La escala de producción de 1 tonelada de piezas por año no justifica el costo. Además, aunque la impresión 3D flexibiliza la fabricación de piezas metálicas, la impresión es solo el primer paso de todo el proceso de fabricación, y los procesos posteriores de posprocesamiento, como la retirada de soportes, aumentan aún más el coste de las piezas.
Aunque la tecnología de fusión selectiva por láser ha demostrado importantes ventajas de fabricación en el campo de la automoción, como integración, alta precisión y fabricación compleja, a partir de esta tecnología se han originado una serie de aplicaciones de alto valor. Sin embargo, estas aplicaciones son generalmente limitadas y se limitan principalmente a marcas de alta gama, lo que dificulta satisfacer la demanda de la industria de fabricación de automóviles de fabricación a gran escala y de bajo costo.
Impresión 3D de metal de escritorio basada en extrusión.
La tecnología de impresión 3D de metal de escritorio se basa en impresoras 3D de metal de escritorio extruidas, con un diseño conveniente para uso en oficinas, que evita riesgos potenciales de exposición al polvo y al láser y proporciona una solución integral más fácil de usar.
Para los usuarios que se encuentran en las primeras etapas del diseño y fabricación de automóviles nuevos, las impresoras 3D metálicas de escritorio son más rentables y cómodas de operar en comparación con los equipos de lecho de polvo tradicionales. Este tipo de sistema puede producir rápidamente una gran cantidad de piezas prototipo internamente, verificar rápidamente diferentes conceptos de diseño, explorar nuevas posibilidades estructurales y así ahorrar tiempo y costos en el largo y costoso ciclo de diseño. Esto no sólo reduce los costos de desarrollo, sino que también permite a las empresas realizar una transición más rápida de la fase de diseño y validación a la producción, acelerando el lanzamiento del producto. La operatividad flexible también ayuda a reducir costos, reducir el desperdicio de material y eliminar la necesidad de personal especializado para operar las máquinas.
En la actualidad marcas como escritorio del metal de, elevar3d, Stratasys, marcaforjado, Ultimaker, Prusa, etc. representan el nivel tecnológico de la impresión 3D de metal por extrusión de escritorio.
Tomemos como ejemplo los componentes del chasis en la industria automotriz, como el brazo de control del sistema de suspensión. Estos brazos de control desempeñan un papel crucial en el movimiento de vehículos y su estructura interna es compleja. La fabricación tradicional requiere el ensamblaje de múltiples componentes, mientras que las impresoras 3D metálicas de escritorio pueden imprimir componentes en un solo paso, acortando así el tiempo de entrega y reduciendo los costos.
Impresión 3d de metal con chorro de carpetas
La tecnología de impresión 3D de metal con aglutinante ha llamado la atención debido a sus ventajas únicas en la producción en masa de piezas. Una de las características notables de este proceso es su capacidad para lograr una producción en masa eficiente de impresión 3D de metal. En comparación con las impresoras láser 3D tradicionales, los equipos basados en el proceso de inyección de aglutinante no solo son más rentables, sino que también tienen una velocidad de impresión más rápida e incluso pueden alcanzar docenas o incluso cientos de veces la de los equipos de fusión por lecho de polvo láser.
Mientras tanto, el material utilizado es tradicional. Moldeo por inyección de metal (MIM), que es más económico que el polvo esférico, lo que reduce significativamente el coste de fabricación de las piezas. Aunque el rendimiento del proceso de pulverización de adhesivo es ligeramente inferior, tiene un rendimiento excelente en términos de rentabilidad y puede alcanzar un nivel comparable al de las piezas moldeadas por inyección. Por tanto, esta tecnología es más adecuada para lograr la fabricación de piezas a gran escala.
En la actualidad, las principales empresas de fabricación de automóviles están acelerando la adopción de la tecnología de impresión 3D de metal con aglutinante. Algunos desarrolladores líderes de impresión 3D de metal con aglutinante se han asociado con marcas importantes de la industria automotriz.
Entonces, ¿cómo logran estas tres tecnologías de impresión 3D una producción en masa de componentes de miles a cientos de miles?
Antes de la producción a gran escala, se suele realizar una producción a pequeña escala para realizar pruebas de mercado. La tecnología de impresión 3D de metal con aglutinante ha desempeñado un papel importante en la producción a gran escala gracias a sus ventajas en la fabricación sin moldes, eliminando la necesidad de moldes. Esto permite a los ingenieros utilizar de manera eficiente diseños mejorados para la producción, con velocidades de impresión rápidas y la capacidad de producir miles de componentes a la vez. Al mismo tiempo, la tecnología de fusión selectiva por láser y la impresión 3D de metal de escritorio basada en extrusión pueden satisfacer las necesidades de lotes pequeños en las primeras etapas de producción al ser adaptables a diferentes escalas de flexibilidad. La tecnología de fusión por lecho de polvo por láser, debido a su alta precisión y sus complejas características de fabricación, es adecuada para producir componentes de marcas de alta gama, mientras que la impresión 3D de metal de escritorio basada en extrusión representa una ventaja económica y rápida en las primeras etapas del diseño y fabricación de automóviles nuevos. . En general, la aplicación integral de estas tres tecnologías en la fabricación de componentes a gran escala proporciona soluciones flexibles, eficientes y rentables para la industria automotriz.
Preguntas Frecuentes
En el ámbito de la impresión 3D, los metales más utilizados incluyen, entre otros, titanio, aluminio, acero inoxidable y aleaciones de níquel. Estos metales se prefieren por sus propiedades específicas, como alta resistencia, resistencia a la corrosión y características de peso ligero, lo que los hace adecuados para diversas aplicaciones en todas las industrias.
Los principales métodos de impresión 3D empleados para imprimir metales incluyen la fusión selectiva por láser (SLM), la fusión por haz de electrones (EBM) y el Binder Jetting. Estos métodos utilizan diferentes enfoques para lograr la fabricación aditiva de metales, cada uno con su propio conjunto de ventajas y consideraciones.
Este artículo fue escrito por ingenieros del equipo de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen es ingeniero y técnico con 20 años de experiencia en prototipado rápido y fabricación de piezas metálicas y plásticas.
