La Jet Fusion 5200 es una de las máquinas que ha desarrollado HP para la impresión 3D. (The New York Times)

Por Roy Furchgott

El equipo belga de carreras Heli tuvo un problema en el motor. En específico, en condiciones de carrera, explotó el distribuidor del motor turbo diésel de cuatro cilindros de su BMW 1-series: estalló a lo largo de una junta soldada ultrasónicamente que mantenía unidas las dos mitades del distribuidor.

El equipo intentó reforzar la junta. Sin embargo, cuando el auto regresó a la pista, durante la mitad de una carrera hubo una explosión familiar, una pérdida de poder y una parada en “pits” para remplazar el distribuidor. Esto no mejoró el récord del equipo.

Crear un sustituto del distribuidor mediante métodos tradicionales, sellando o con piezas fundidas, iba a consumir tiempo y ser caro, pues se necesitarían herramientas, moldes y semanas de diseño y manufactura.

En 2018, Heli llevó el problema a ZiggZagg, una empresa belga que fabrica partes con una impresora 3D de HP. ZiggZagg realizó un escaneo digital del distribuidor de dos piezas y después de diez horas tuvo un diseño digital de un distribuidor más fuerte y más ligero de una sola pieza. En su primera carrera con el nuevo distribuidor, impreso en algo llamado Nylon PA12, la parte resistió y Heli llegó en tercero. Ese mismo distribuidor duró hasta que el auto fue retirado este año.

El distribuidor impreso en tres dimensiones utilizado por el equipo Heli en uno de sus bólidos BWM 1 Series.

Sin muchos aspavientos, el proceso de la impresión 3D ha demostrado su valor en carreras de todo tipo, desde la Fórmula Uno hasta la NASCAR. Los equipos son reservados sobre el uso exacto que le dan a la tecnología, pero permiten que esa impresión 3D cree partes complejas que tal vez no sería posible fabricar por otros medios.

Eso está bien para pequeñas cantidades de partes exóticas pero, cuando se trata de la producción en masa, sellar, fundir o moldear por inyección sigue siendo más barato y más práctico. No obstante, las mejoras actuales en la tecnología 3D están listas para llegar a las líneas de ensamblaje donde se crean los cupés, los sedanes y los “hatchback”.

Volkswagen, una de las pocas automotrices en proclamar en público sus ambiciones en torno a la impresión 3D, está realizando pruebas de choques en partes de la carrocería que planea poner en sus autos para 2023. “Para Volkswagen, el principal objetivo estratégico es demostrar que se le puede dar un gran uso a la tecnología en nuestra producción real de autos”, comentó Martin Goede, director de planeación y desarrollo de tecnología en Volkswagen.

La fabricación aditiva, el término amplio de la industria para los diferentes tipos de impresión 3D, fue concebida en la década de 1970, las primeras impresoras llegaron en la de 1980 y para la de 1990 la “sinterización” láser se usó para fundir metales en polvo. En la actualidad, las impresoras pueden construir partes a partir de una variedad de materiales como metales, polímeros y cerámica.

Ahora, la mayoría de las impresoras fusionan material en polvo para crear láminas delgadas que se apilan y producen una forma: muy parecido a la creación de un bloque sólido de papel si estuvieran pegadas cada una de las hojas de un paquete de papel para fotocopiadora.

Foto del chasis en aluminio impreso en 3D de la compañía Czinger.

La fabricación aditiva permite que los fabricantes creen artículos que no se podían hacer antes, como partes con un refuerzo apanalado en espacios huecos, que vuelven las partes más ligeras, fuertes y firmes.

También permite la creación de nuevas aleaciones. “Cuando intentas crear superaleaciones, no se mezclan”, mencionó Brad Keselowski, quien, además de ser el dueño de Keselowski Advanced Manufacturing, conduce el Mustang número dos de Ford para Team Penske en la Copa NASCAR. “Los fundes en una enorme olla y se separan como el agua y el aceite”.

Sin embargo, estos materiales en polvo no se separan. “El polvo es como la sal y la pimienta. Cuando mezclas la sal y la pimienta se mantienen mezcladas”, explicó. “Permite nuevas aleaciones que simplemente son imposibles de crear en otro tipo de fabricación”.

Todo esto ha sido un beneficio para las carreras. Los equipos pueden usar el diseño asistido por computadora para construir planos digitales de partes que se pueden imprimir y luego usar al cabo de días en vez de semanas, y sin crear un herramental costoso. Las partes impresas se pueden poner a prueba en vehículos de verdad, volverse a diseñar y probar, esto es valioso porque los modelos por computadora que predicen el rendimiento de una autoparte en la vida real siguen siendo solo simulaciones. “Quiero fabricar algo, probarlo y, si no me gusta, hacer otro”, comentó Keselowski.

Esta ventaja ha tenido un mayor efecto en las carreras de F1. “Piensa en un auto de F1 como un prototipo; nada está fijado”, comentó Paul Monaghan, ingeniero jefe del equipo de F1 de Red Bull. En la actualidad, los equipos pueden personalizar las partes para pistas y condiciones climáticas específicas, por ejemplo, ingresando una cantidad precisa de carga a un alerón trasero. La mejora de una fracción de segundo que podría aportar es importante. “Dos décimas de segundo podrían ser dos lugares en el orden de arranque”, mencionó Monaghan. “Después de diez vueltas, tienes dos segundos menos”.

El chasis en aluminio forma la base del modelo 21C de Czinger.

A pesar de que es práctico imprimir partes especializadas para apoyar un equipo de cuatro autos, suministrar 100,000 partes no lo ha sido. La fabricación aditiva ha sido demasiado lenta y el costo demasiado alto para ser prácticos en la producción en masa.

No obstante, empresas como Volkswagen y Divergent Technologies aseguran que eso está a punto de cambiar.

Divergent fabrica el Czinger 21C de $1.7 millones, el cual cuenta con un chasis ligero impreso en aluminio. Aunque la empresa planea producir 80 autos este año, el 21C es en esencia una muestra del proceso de impresión 3D del fundador Kevin Czinger, el cual es entre diez y veinte veces más veloz que otras impresoras, según Czinger. “En los próximos años, la tasa se volverá a duplicar”, comentó.

Czinger señaló que aceleró la impresión en parte optimizando el proceso para una cantidad limitada de aleaciones de aluminio. Además, Czinger mencionó que Divergent había impreso partes de chasis, a las que les estaban haciendo pruebas de choque dos importantes fabricantes de autos a nivel internacional, y este año iba a imprimir mil suspensiones para su uso en un auto fabricado en serie, que se negó a nombrar.

Czinger comentó que sus impresoras habían reducido los costos de las partes por debajo de la fabricación tradicional. “Si incluyes el herramental o el fundido de las piezas, de hecho, tendrás mejores precios ahora”, aseguró. “Si no, no habría ninguna razón para hacer esto”.

Sin embargo, la fabricación tradicional no está muerta todavía. La fabricación aditiva aún debe enfrentar desafíos, como garantizar el control de calidad. Por ejemplo, ¿una parte es confiable si hay una fluctuación momentánea en la potencia del láser? ¿Cuánta fluctuación es aceptable? Se deben desarrollar las normas y los métodos de prueba, pero es difícil porque la impresión 3D está evolucionando a un paso veloz y es complicado que la metodología de pruebas mantenga el paso.

“Es evidente que, cuando se trata de partes como el cofre del auto, se sigue necesitando la fabricación convencional”, mencionó Tim Weber, director global de 3D en HP. “A la fabricación aditiva le costará crear una parte muy grande, muy delgada y muy estilizada”.

Incluso los ambiciosos planes de VW admiten la necesidad de la fabricación convencional. “Nuestra estrategia no contempla la eliminación total”, mencionó Goede. “En el futuro, no habrá una carrocería entera impresa en 3D”.