investigadores del Instituto Fraunhofer hacen viable la impresión en 3D de piezas metálicas de automóviles más baratas y ligeras

En lo que podría ser un presagio de lo que está por venir en la industria de la fabricación de automóviles, que consume muchos recursos, se ha creado una pieza metálica de automóvil mediante un método de impresión en 3D que la hace mucho más barata que el proceso tradicional de fresado. Investigadores del Instituto Fraunhofer -ya saben, el que nos dio la primera prótesis ocular impresa en 3D que se instala en las cuencas de los pacientes - han conseguido imprimir una bisagra de puerta de coche que ha resultado ser un 50% más barata y un 35% más ligera que su equivalente fresado.

Para lograr estas impresionantes ventajas, los investigadores del Fraunhofer utilizaron su propio software 3D Spark -una herramienta de análisis de bases de datos de piezas impulsada por la IA- para identificar las más adecuadas para la impresión en 3D con las llamadas piezas de fabricación aditiva (AM). Hasta ahora, la impresión en 3D de componentes de automóviles se realizaba normalmente cuando había que adaptar algo a la carrocería o el estilo individual de un conductor, o en cantidades muy limitadas para los coches de carreras y los supercoches. El uso de la impresión 3D se limita a piezas de coche de muy bajo volumen, principalmente por los costes en comparación con los métodos tradicionales de fabricación en masa.

Sin embargo, el enfoque analítico de Fraunhofer identificó primero una pieza adecuada para la fabricación aditiva y luego trató de optimizar la estructura de costes en cada paso, empezando por la orientación de la pieza y, por tanto, las estructuras de soporte necesarias:

En el siguiente paso, se optimizó la estructura del brazo de la bisagra de forma selectiva, utilizando una de las ventajas de la fabricación aditiva, ya que permite crear geometrías de componentes completamente nuevas. De este modo, el componente adquirió una forma básica que sólo contenía material allí donde el flujo de fuerza simulado lo requería. En total, esto redujo el peso del brazo de la bisagra de la puerta en un 35%. Y debido a la reducción de las necesidades de material y al menor tiempo de impresión, los costes en comparación con la impresión 3D sin optimización estructural se redujeron en otro 20%

Cualquier estructura de soporte que no tenga que ser retirada ahorra tiempo y, por tanto, evita parte de los importantes costes derivados de la fase de posprocesamiento, que es muy manual. La reducción del número de estructuras de soporte en el diseño también tiene un efecto positivo en el tiempo de producción y las necesidades de material, lo que reduce los costes de nuevo en un 10%. La hábil selección del material de polvo metálico óptimo de la cada vez más amplia cartera de materiales imprimibles en 3D permite reducir los costes en otro 10%

El ajuste de los parámetros del proceso de AM ofrece otras formas de reducir los costes. Por ejemplo, un mayor grosor de las capas durante la impresión, la optimización de los parámetros del proceso y la deformación del perfil del rayo láser reducen considerablemente el tiempo de fabricación. Aunque esto supone una ligera pérdida de calidad de las piezas (aunque sigue siendo superior a la de las piezas fundidas), permite reducir los costes de impresión en un 15% más. La optimización de la utilización de la máquina mediante el anidamiento y, si es necesario, el apilamiento en la zona de construcción, permite un ahorro de costes adicional del 10%.

En total, la optimización de costes paso a paso permitió a Fraunhofer imprimir en 3D una pieza metálica de automóvil que cuesta sólo un 20% de lo que costaría sin el proceso de análisis de fabricación aditiva: "Laoptimización de la orientación y la topología, así como la optimización del soporte, contribuyen en un 45%", afirma Fraunhofer, mientras que "la selección optimizada del material, los parámetros de velocidad y la maximización de la carga de trabajo en el proceso de AM reducen los costes en un 35% más", demostrando así que se pueden producir piezas de automóvil adecuadas impresas en 3D por sólo una quinta parte de los costes que suponían hasta ahora. De este modo, la bisagra de la puerta del coche deportivo no sólo es mucho más ligera y agradable estéticamente que su homóloga fresada, sino que también cuesta la mitad, lo que abre el camino a lotes de piezas de coche mucho más grandes que puedan producirse mediante impresión 3D en el futuro.

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