La ligereza y la eficiencia guían el futuro del diseño de componentes en General Motors

La fabricación aditiva ya nos ha brindado instrumentos musicales impresos en 3D, como baterías, guitarras eléctricas, bajos y teclados; también comida impresa en 3D para astronautas o el ejército; y ropa, prótesis y órganos humanos para trasplantes impresos en 3D, e incluso viviendas de hormigón de dos plantas. ¿Qué será lo próximo, automóviles impresos en 3D?

En efecto. Por citar algunos ejemplos, Local Motors presentó en 2015 el descapotable Strati, un biplaza eléctrico fabricado en solo 44 horas con el 75 por ciento de los componentes impresos en 3D. En 2016, Divergent 3D le seguía los pasos con el Blade, un superdeportivo de 700 CV con el chasis y la carrocería impresos en 3D. Y a finales de este año, la startup italiana XEV comenzará a fabricar el LSEV, un pequeño coche eléctrico que, según la empresa, es el primer vehículo impreso en 3D producible a gran escala.

Pero no solo las nuevas empresas o las que llevan la innovación en su ADN están sacando partido del diseño automovilístico impreso en 3D. En lugar de acaparar titulares con prototipos revolucionarios, los fabricantes tradicionales están invirtiendo en actualizaciones continuas y mejoras tangibles. Es el caso de General Motors, cuyos diseños de componentes imprimibles en 3D permiten un mayor rendimiento, personalización, y adecuación al cliente.

Kevin Quinn, director de Diseño y Fabricación Aditivos de GM, nos explica: “De media, un vehículo tiene 30.000 piezas. Somos realistas y no pretendemos imprimirlas todas. Nos centramos en esas oportunidades de producción con las que podemos generar un valor añadido para GM y para el cliente. Para nosotros, no se trata de qué se puede hacer, sino de qué se debe hacer”.

Diseño disruptivo

Si la fabricación aditiva fuera una puerta al futuro de la industria automotriz, el diseño generativo sería la llave para abrirla. Para Quinn, “el diseño generativo nos permite explorar diferentes diseños para los recambios y componentes de nuestros vehículos. Utilizamos la nube y la inteligencia artificial para combinar las aportaciones de los ingenieros y de la informática. De este modo podemos llegar a soluciones que no serían posibles si ambos trabajaran por separado”.

Con este modelo de trabajo, los ingenieros establecen los objetivos y las limitaciones del diseño de las piezas, definiendo parámetros como materiales, métodos de fabricación y presupuesto. Luego introducen estos datos en un programa de diseño generativo que, mediante un algoritmo, analiza y evalúa todas las posibles permutaciones de diseño y recomienda una solución óptima en función de los cálculos realizados.

Quinn afirma que “la unión del diseño generativo y la fabricación aditiva puede suponer una auténtica revolución en esta industria” y añade que la fabricación de automóviles se ha visto siempre lastrada por las limitaciones de las herramientas tradicionales como las fresadoras y los moldes de inyección, que únicamente sirven para producir geometrías muy sencillas.

Además, las herramientas convencionales son tan caras como poco flexibles, y esto hace que los costes de experimentación resulten prohibitivos. El diseño generativo y la fabricación aditiva permiten infinitas soluciones de diseño con una inversión mínima. Con un software elemental y una impresora 3D se pueden generar infinidad de piezas y modelos. Estas piezas, además, pueden presentar formas orgánicas y estructuras reticulares solo posibles mediante la fabricación aditiva.

¿Un anclaje mejor?

Para comprender las ventajas empresariales del diseño generativo, pensemos en los retos del vehículo eléctrico (EV). Aunque los fabricantes se muestran extremadamente optimistas (GM prevé tener en el mercado al menos 20 modelos eléctricos o de celda de combustible en 2023), fabricarlos es todavía muy caro. GM piensa que el diseño generativo puede ayudar a resolver este problema aligerando los vehículos y reduciendo la cadena de suministro.

Según Quinn, “la electrificación y los vehículos autónomos van a cambiar las reglas del juego de esta industria. Mantener el liderazgo en estas áreas tan técnicas va a ser crucial a partir de ahora y estamos convencidos de que la fabricación aditiva y el diseño generativo nos brindarán la oportunidad de ser los primeros en llevar estos productos al mercado”.

En una reciente colaboración con Autodesk en la que han utilizado la tecnología generativa con Fusion 360, los ingenieros de GM diseñaron y optimizaron un nuevo anclaje de asiento, un componente estándar que fija el cinturón de seguridad al asiento y este con el suelo. El anclaje típico es una especie de caja compuesta por ocho piezas, pero el software propuso más de 150 alternativas más parecidas a un objeto metálico recién llegado del espacio sideral. Finalmente, GM escogió un modelo de una única pieza de acero inoxidable que es un 40 por ciento más ligera y un 20 por ciento más resistente que el anterior diseño del anclaje.

Quinn explica que “hay una doble razón para pasar de ocho piezas a una. Por una parte, nos permite optimizar el material. Pero otra ventaja adicional es que podemos reducir los costes de la cadena de suministros asociados a la necesidad de ensamblar muchas piezas diferentes que pueden ser fabricadas por distintos proveedores”.

Cuando se aplica a cientos o incluso miles de piezas, es fácil comprender cómo estas mejoras pueden hacer que los vehículos sean más baratos, más ligeros y consuman menos combustible.

“Ahora nuestro objetivo es detectar otras aplicaciones singulares donde tenga sentido aplicar el diseño generativo y la fabricación aditiva”, comenta Quinn. GM ya está trabajando para optimizar muchos otros componentes de sus vehículos.

Y prosigue: “Si podemos emplear el diseño generativo y la fabricación aditiva para sumar un kilómetro más por litro de combustible o añadir 15 kilómetros a la autonomía de nuestros vehículos eléctricos, quizá obtengamos una gran ventaja competitiva a corto plazo para General Motors”.

Poco ruido y muchas nueces

Un mayor rendimiento es solo el principio. En el futuro, GM tiene previsto aprovechar la eficiencia y el bajo costo de este sistema para fabricar piezas de repuesto en los concesionarios y personalizar los vehículos.

“En este momento, personalizar cualquier elemento de un vehículo requiere un enorme desembolso por parte de GM, ya que es preciso construir una nueva herramienta para cada caso ―expone Quinn―. En esta industria, este tipo de inversiones no tiene retorno, así que lo más habitual es que decidamos no llevarlas a cabo”.

Quinn añade que gracias la fabricación aditiva los clientes podrían conseguir unos acabados interiores a medida y personalizar sus vehículos con su nombre o con el logo de su equipo favorito: “Proporcionar algo que nos distinga de la competencia se reflejará, sin duda, en las ventas”.

Al fin y al cabo, esa es la finalidad de la tecnología, según Quinn. No se trata de hacer mucho ruido, sino de producir nueces: “Estoy muy ilusionado con el diseño generativo y la fabricación aditiva, ya que nos permitirán ofrecer a nuestros clientes unas prestaciones que de otro modo serían inasumibles”.