Fabricación de autopartes en 2035

Los vehículos ligeros serán tan diferentes para 2035 que los expertos ni siquiera están seguros de que sigamos llamándolos "automóviles". Quizás “dispositivos de movilidad personal”, sugiere Carla Bailo, presidenta y directora ejecutiva del Centro de Investigación Automotriz (CAR), Ann Arbor, Michigan. Más importantes serán los cambios radicales en la fabricación de piezas de automóviles.

Comencemos con una predicción en la que aparentemente todos los conocedores de la industria están de acuerdo, a pesar de que requiere un cambio masivo en los tipos de piezas necesarias para construir un vehículo: para 2035, al menos la mitad de los automóviles fabricados en Estados Unidos serán completamente eléctricos. Y Bailo dijo que esa es una estimación realista que algunos considerarían pesimista. El porcentaje en China y Europa será mucho mayor que el 50 por ciento, añadió.

¿Por qué? Los gobiernos de todo el mundo están exigiendo el cambio. Y los fabricantes de automóviles están invirtiendo tanto en la tecnología que expertos como Bailo dijeron que es muy probable que las baterías alcancen la densidad de energía necesaria para satisfacer incluso a los estadounidenses ansiosos por la autonomía mucho antes de 2035.

Tom Kelly, director ejecutivo y director ejecutivo de Automation Alley en Troy, Michigan, cree que la mayoría de los consumidores concluirán que los vehículos con motor de combustión interna (ICE) son una mala elección para 2035. “Pensarán: 'Me siento mal conmigo mismo. Mis vecinos me van a avergonzar. Es más caro. Y tiene menos funcionalidad.' Entonces, después de un período de lento crecimiento, los vehículos eléctricos despegarán, porque hemos llegado a un punto de inflexión en el que realmente nos da vergüenza conducir un motor de combustión interna”. Automation Alley es un centro de conocimiento de la Industria 4.0 sin fines de lucro y un Centro de Fabricación Avanzada del Foro Económico Mundial (AMHUB).

Como se señaló anteriormente, la mayoría de los expertos creen que los vehículos eléctricos más pequeños funcionarán con baterías en lugar de pilas de combustible de hidrógeno. Pero esta última tecnología es más prometedora para vehículos más grandes. Bailo explicó que implementar una infraestructura de combustible de hidrógeno a gran escala sería más difícil y costoso que las estaciones de carga eléctrica. Por el contrario, señaló, los vehículos pesados ​​se diferencian fundamentalmente de los vehículos ligeros en que no es necesario que se detengan durante un período prolongado para cargar. “Simplemente no sé cómo funcionará la economía para un semirremolque eléctrico a batería. Pero una pila de combustible podría ser realmente beneficiosa”. Brent Marsh, director de desarrollo de negocio de automoción de Sandvik Coromant en Mebane, Carolina del Norte, sugirió como otro ejemplo los equipos de movimiento de tierras. “Estas máquinas requieren una gran densidad de potencia. Quizás pasen al hidrógeno”.

Claramente, construiremos muchos menos ICE y muchos más motores eléctricos y cajas de baterías, por no mencionar mucho más simples. Más allá de eso, todo empieza a ponerse un poco turbio.

Por ejemplo, Marsh dijo que el engranaje está “en el aire”. Se están considerando muchos mecanismos de impulso diferentes. Puede tener un motor en la parte delantera del vehículo o un motor en la parte trasera que impulse la parte delantera y trasera por separado. Puede tener un motor eléctrico que impulse todas las ruedas, como hacemos hoy, o un motor en cada rueda. Podría ser un motor generador en cada rueda. Puede haber engranajes planetarios. …Hay muchas formas diferentes de desarrollar la transmisión de potencia y el paquete de motor eléctrico, y en el mercado se necesitará tiempo para descubrir la mejor manera de hacerlo”.

Marsh añadió que Sandvik Coromant ve nuevas oportunidades en este entorno, debido a los ciclos de vida muy cortos de los productos. “Alguien va a desarrollar algo, hacerlo durante un par de años y luego tomar un camino diferente. Visualizamos muchas herramientas, reequipamiento, herramientas y reequipamiento, una y otra vez”.

El aligeramiento del peso del automóvil ha sido una obsesión durante años y continuará, dentro de ciertos límites. Bailo dijo que la investigación muestra un progreso continuo en la metalurgia, y la industria del acero representa un fuerte desafío para el aluminio gracias al acero de ultra alta resistencia. "Ambas industrias han comenzado a ofrecer un producto excelente, lo que permite una reducción de peso significativa". Pero no prevé que los compuestos de fibra de carbono se produzcan en grandes volúmenes para 2035, debido a un costo de fabricación siete veces mayor.

Marsh dijo que todo lo relacionado con la transmisión de potencia que deba fabricarse con acero, incluidos “engranajes, ejes e incluso cojinetes, se está desplazando hacia aceros ultralimpios con un contenido de azufre extremadamente bajo. Algunos los llaman 'IQ' o acero de calidad isotrópica. La reducción de azufre aumenta considerablemente la resistencia a la fatiga del acero. De esta manera se puede producir un eje más pequeño, un rodamiento más pequeño y un engranaje más pequeño que maneje la misma densidad de potencia. Esto reduce el peso y el tamaño de los componentes, pero es más difícil de mecanizar”.

Sandvik Coromant está trabajando con productores de acero para desarrollar materiales, geometrías y revestimientos de herramientas adecuados, añadió Marsh. Y el control de chips es un problema mayor de lo habitual. “Tienen que ser herramientas relativamente afiladas, como las que se usan para cortar acero inoxidable. Pero un borde afilado suele ser un borde más débil, así que eso es un desafío”.

En general, las herramientas de carburo son la opción preferida para cortar estos aceros, explicó Marsh, “a menos que la pieza esté endurecida por inducción o láser para una superficie de apoyo o algo así. En ese caso, utilizaríamos materiales de herramientas avanzados como CBN o cerámica”. Por otro lado, Marsh también llamó la atención sobre la alta demanda de cobalto en la producción de baterías, lo que hará subir el precio del carburo. “Sabemos que hay un suministro algo limitado de cobalto. Por eso, nosotros y otros estamos tratando de determinar si el carburo del futuro no tendrá aglutinante”.

Bailo dijo que los estudios de CAR han demostrado que durante la última década, las mejoras materiales que permiten la reducción de peso se han visto, en cierta medida, compensadas por la adición de nuevas características de comodidad o seguridad. Del mismo modo, las baterías con una mayor densidad de potencia reducirán la necesidad de impulsar una mayor reducción de peso. Marsh también indicó que la reducción de peso llega a un punto de rendimiento decreciente, dada la naturaleza del transporte automotor. “Hay que tener peso para que la gravedad mantenga el vehículo en el suelo. No estamos construyendo un avión. Sólo se pueden fabricar coches ligeros hasta cierto punto”.

Esto nos lleva a otro cambio profundo que afectará todo, desde la combinación de materiales utilizados para fabricar piezas de automóviles hasta su diseño, dónde se fabrican y quién las fabrica: la fabricación aditiva (AM).

Para 2035, “una impresionante cantidad de autopartes serán producidas por AM”, dijo Terry Wohlers, consultor principal y presidente de Wohlers Associates, una firma asesora de AM con sede en Fort Collins, Colorado. “Los costos serán competitivos con los de la fabricación convencional durante algunos años”. partes. Esto, combinado con otros beneficios, hará que el uso de la fabricación aditiva sea atractivo para los OEM y sus proveedores”. Uno de esos otros beneficios es la capacidad de aligerar aún más algunas partes, explicó. "La optimización de la topología y las estructuras reticulares pueden reducir el material y el peso, a veces de manera significativa". Wohlers también destacó la capacidad de AM para reemplazar un conjunto con una única pieza compleja. "La consolidación de varias piezas en una reduce el número de piezas, los procesos de fabricación, el inventario y la mano de obra".

Puede que Wohlers se esté quedando corto cuando dice "un número impresionante de piezas de automóvil". Kelly, de Automation Alley, argumentó que para 2035, “la única vez que no se usarán aditivos será por una razón distinta al precio, como por ejemplo un estampado de metal que sea demasiado grande. Los aditivos son la tecnología de fabricación más importante que ha aparecido en 100 años, desde que Henry Ford creó la línea de montaje. Y eso es básicamente en lo que hemos estado operando”. En opinión de Kelly, la fabricación aditiva tiene muchas ventajas sobre la fabricación sustractiva y sólo una desventaja: el coste por pieza. Y esa desventaja está desapareciendo rápidamente, afirma.

Consideremos, por ejemplo, la tecnología LaserProFusion de EOS para imprimir piezas de plástico. El gerente de desarrollo comercial Jon Walker de EOS North America, Novi, Michigan, dijo que este próximo enfoque es aproximadamente cinco veces más rápido que la máquina más rápida disponible comercialmente de la compañía, que a su vez es dos veces más rápida que la generación anterior.

“La tecnología actual en fabricación aditiva de plástico utiliza uno o dos láseres de CO2 en su interior, dependiendo del tamaño de la máquina. Como declaración general, aumenta la velocidad en un factor correspondiente a la cantidad de láseres que agrega al sistema. Por tanto, cuatro láseres serían casi cuatro veces más rápidos que un láser. Pero en lugar de insertar dos láseres de CO2 de 70 W en la máquina, al cambiar a pequeños diodos láser de 5 W, podemos alinear 980.000 láseres en el mismo espacio. En lugar de utilizar dos láseres de alta potencia, utilizamos un millón de pequeños láseres que pueden crear 100 piezas a lo largo de la cama, por ejemplo, y cada láser funciona de forma independiente. O, si estás construyendo una pieza grande, los 980.000 láseres podrían actuar juntos en esa pieza grande”. La comercialización de esta tecnología será un "gran punto de inflexión para la industria", afirmó Walker. Sin embargo, está igualmente seguro de que la máquina llegará al final de su vida productiva en 2035 y que para entonces habrá sistemas aún más rápidos.

Además, como dijo Kelly, “la rapidez es relativa. Incluso si una máquina es lenta, si tengo 10.000 y puedo fabricar 10.000 piezas al día, esa es una ecuación diferente. Automation Alley acaba de crear una red de 300 impresoras de diferentes fabricantes, denominada Proyecto DIAMOnD. Cada fabricante posee la misma impresora y la utilizan para ganar dinero por su cuenta. Pero cuando necesitamos usar las 300, podemos fabricar 300 piezas a la vez. Y esperamos que esta red crezca hasta llegar a miles. En ese momento, ya no es un problema parcial, es un problema logístico: cómo agregar la producción de todos estos proveedores”. Kelly sostiene que no sólo es un problema solucionable, sino que este tipo de fabricación distribuida tiene ventajas y es el futuro.

“Creo que la manufactura pasará de ser centralizada, costosa e intensiva en capital a democrática, ágil e independiente. …La razón por la que hemos optado por estas grandes plantas de ensamblaje, o grandes fabricantes, es porque deben configurarse para fabricar una pieza realmente bien. La ventaja del aditivo es que puede hacer un artilugio de nueve a diez en punto, luego hacer cartílago para una rodilla de diez a once. Luego puede hacer una bandeja para el asiento trasero de un avión de once a doce. Una vez que tenga la capacidad de Con la impresión 3D, dependiendo de los materiales necesarios, se puede fabricar cualquier cosa en el mundo, en cualquier industria y en cualquier momento”.

Walker, de EOS, también cree que las fábricas podrían orientarse en torno a un material, en lugar de una industria como la automovilística. “Bridgestone ahora tiene una división que fabrica pelotas de golf, neumáticos y techos industriales, tres industrias que no tienen nada que ver entre sí. Pero la competencia principal de Bridgestone es la química en torno a estos materiales elastoméricos. Incluso una pequeña empresa puede volverse increíblemente eficiente imprimiendo en 3D un material concreto. Y si pueden encontrar usos comunes para ese material en diferentes sectores industriales, ahí es donde entra en juego la fabricación bajo demanda”.

Es más, postuló Kelly, Wall Street no va a financiar empresas que fabriquen algo realmente bien, con una línea de producción que sea rentable sólo si sigue fabricándolo durante cuatro años. “Esas empresas se verán obligadas a cerrar. … Additive obtendrá el capital, incluso si es ineficiente durante años y años. Wall Street financiará de forma adicional porque está proyectando hacia dónde se dirige el mundo. Es como financiar a Tesla versus no financiar a GM”.

Para que no piense que puede evitar este tsunami, o que es sólo el sueño febril de algún administrador de fondos de cobertura equivocado, Kelly dijo que recientemente habló con un ejecutivo de OEM de automóviles quien dijo que su compañía está profundamente involucrada en AM y muy decepcionada de que los proveedores de Nivel 1 no No entiendo lo que está pasando. "No vienen a nosotros para hablar sobre su granja de aditivos y cómo se pueden utilizar para fabricar nuestros productos... cómo están innovando nuevas formas de hacerlo", le dijo el ejecutivo a Kelly. "Son más temerosos que oportunistas".

El problema para un Nivel 1, explicó Kelly, es que la AM se comprende muy bien. “Es tiempo y material, y eso es de conocimiento público. No puede esconderse detrás del costo de su línea de producción. Los fabricantes de equipos originales saben exactamente cuánto tiempo llevará imprimirlo y cuánto polvo se necesitará. Y conocen los precios al contado del polvo. Por lo tanto, simplemente están discutiendo sobre qué margen necesitan lograr, y esa es una posición muy frágil para un Nivel 1, porque la mayor parte del tiempo están organizando los Niveles 2 y 3. Pero ahora un Nivel 2 o un Nivel 3 ve venir una edad de oro. De hecho, pueden tener una relación con GM o Ford, porque las computadoras manejarán toda la complejidad”.

La tecnología AM también está “ligada a la cadera” con el movimiento hacia los vehículos eléctricos, dijo Walker. “Probablemente hay cinco empresas en un radio de 10 millas en coche desde nuestra oficina en Novi que tienen mucha experiencia en el diseño de algo parecido a un cigüeñal. Y probablemente hayan tenido esa competencia durante 100 años. Pero en el caso de los vehículos eléctricos, hay toneladas de piezas nuevas que nunca antes habíamos tenido que fabricar”. Esto abre el campo a nuevos participantes de todo tipo. Walker también hizo referencia a la arquitectura de patineta que se utiliza con los vehículos eléctricos, en la que los motores eléctricos, las baterías, la suspensión y la dirección están integrados en algunas configuraciones estándar, mientras que el cuerpo y todo lo que los humanos contactan regularmente se pueden personalizar. "El aditivo es perfecto para nichos específicos, cuando tenemos volúmenes bajos y un costo más alto por pieza".

Tanto Bailo como Kelly piensan que debido a que la fabricación digital permite la personalización masiva, el cliente la exigirá. O quizás más exactamente, sólo sobrevivirán aquellas empresas que aprovechen la mejora y personalización constantes que permite la AM.

Ya está sucediendo, dijo Bailo. El Hongguang Mini está llenando rápidamente las calles de China, superando fácilmente las ventas de Tesla en los últimos meses, en parte porque la compañía está dispuesta a hacer lo que el cliente quiera en términos de estilo. (Vea la foto del Mini en la primera página de este artículo). Y no se trata sólo del color. ¿Quieres que tu coche esté cubierto con un patrón de papel tapiz? Ningún problema. ¿Personajes de caricatura? Ídem. Bailo dijo que había leído sobre un propietario que gastó más de $2,000 para cubrir el interior del auto con pana marrón, además de docenas de luces brillantes en el revestimiento del techo. El Mini cuesta sólo $4,200, por lo que este comprador estaba dispuesto a pagar un 35 por ciento adicional solo por la personalización.

“La gente no va a esperar un ciclo de vida de cinco años, o incluso un ciclo de vida de dos años, para un cambio menor”, ​​afirmó Bailo. “Mire lo que está haciendo Tesla: volúmenes más pequeños, productos que cambian rápidamente, ciclos de desarrollo cortos, lo que luego elimina la necesidad de herramientas duras. Se pueden utilizar herramientas blandas fabricadas a partir de aditivos. Y la gente querrá personalizar estos productos tal como pueden personalizar su teléfono hoy en día. Necesitará piezas de tiradas cortas de diferentes colores. Para los servicios de viajes compartidos, necesitará piezas de repuesto que deberán fabricarse rápidamente y en el sitio. Muchas empresas de reparto harán su propio mantenimiento. Por lo tanto, los aditivos desempeñarán un papel”.

A diferencia de Kelly, Bailo no necesariamente ve que AM se haga cargo de las partes de gran volumen, como gran parte de la patineta, por ejemplo. Pero para la interfaz humana será esencial. Ella no cree que la mayoría de los compradores estén ahora tan preocupados por quién hizo qué bajo el capó. Y “en el futuro, el sistema de propulsión se mercantilizará aún más. Es algo que todo el mundo considera su salsa secreta, porque es muy competitivo en términos de kilometraje y alcance. Pero eventualmente no será como lo ha sido el motor de combustión interna hoy”.

Ella espera ver la optimización y el intercambio de plataformas, con la personalización en el “sombrero de copa”. Bailo dijo: "La forma en que el vehículo interactúa contigo, las comodidades, eso es lo que te llevará a esa marca", explicó Bailo. “Y cada vez más, es la interfaz hombre-máquina. El veinticinco por ciento de los compradores de automóviles hoy en día no prueban su vehículo, pero sí quieren asegurarse de que su teléfono se sincronice”.

Como lo ve Bailo, “las empresas que van a tener éxito en el futuro son aquellas que entienden cómo analizar el riesgo y luego implementar cadenas de suministro para gestionar ese riesgo. … No significa que todo vaya a parar a la fabricación local. Pero [las empresas] lo harán de manera muy estratégica, basándose en los elementos que consideren que las pondrán en riesgo si no lo tienen localizado”. La noción de Kelly de una red distribuida de sitios de AM sería de gran ayuda.

Wohlers coincidió en que “la fabricación aditiva ayudará a simplificar las cadenas de suministro para algunos tipos de piezas”, pero advirtió que “llevará años certificar a los proveedores”. La pandemia ha motivado a los fabricantes de equipos originales a avanzar en esta dirección, por lo que el proceso está en marcha”. Se podría pensar que la certificación automotriz para muchas piezas producidas aditivamente estará madura en 2035. Después de todo, como señaló Walker, ya tenemos piezas aditivas en nuestras carrocerías y en aviones comerciales (incluidas piezas críticas de motores a reacción). Si la comunidad médica y la FAA pueden certificar procesos y piezas de AM, también puede hacerlo la industria automotriz.

Hay otro aspecto, casi oculto, de la fabricación aditiva que ayuda a asegurar la cadena de suministro: su simplicidad y estabilidad en relación con el mecanizado sustractivo. Como dijo Walker, “nuestros sistemas son muy repetibles porque se trata exclusivamente de tecnología láser. No es como una máquina CNC donde los husillos de bolas se mueven y se desgastan con el tiempo. … Y cada husillo de bolas, de un número de serie a otro, se moverá de forma un poco diferente. Y tal vez el motor que acciona el husillo de bolas se desgaste, etc. ... En nuestras máquinas realmente no hay piezas móviles. Tienes un láser y galvos, y una vez que estés satisfecho con tu configuración, puedes transferirla a otros sistemas y se repetirá increíblemente bien. La fabricación aditiva permitirá que muchas empresas que hoy no son fabricantes de automóviles de primer nivel se conviertan en proveedores de automóviles de escala en el futuro”.

Conéctate con nosotros