Manufactura aditiva en la industria automotriz: Cadillac CELESTIQ

Buen día, comunidad lectora de Modern Machine Shop México. En esta ocasión les comparto un artículo publicado por Gary S. Vasilash, editor que colabora en nuestra revista MT News en Estados Unidos.

Tony Roma es el ingeniero del Cadillac CELESTIQ, vehículo totalmente eléctrico que comenzará a ser producido a finales de este año por GM.

La frase “arranque de producción” puede ser un poco exagerada. “El legado de la marca Cadillac se formó a través de la historia de la construcción manual de los vehículos más avanzados de la época —expresó Roma—. Estamos volviendo a la tradición con CELESTIQ, una pieza de arte automotriz en cada unidad producida”.

El auto será construido en el Centro Técnico Global de GM en Warren, Michigan, no en una fábrica tradicional. GM invirtió 81 millones de dólares en el campus para soportar la manufactura del vehículo. El área donde el modelo CELESTIQ será construido se llama “Centro Artesano”.

Aunque todo el esfuerzo se dirige a producciones artesanales pequeñas (no más de seis unidades estarán en producción al mismo tiempo), GM no deja de considerar tecnología contemporánea en la manufactura de este modelo, que por consiguiente incluye alrededor de 300 tecnologías y procesos aprobados o en espera de patente, de tecnologías tan variadas como sistemas de propulsión hasta conectividad.

En el sector de manufactura, la operación usará seis elementos mayores de fundición en arena de precisión (GM les llama “mega-castings”) para la parte inferior del vehículo; cada uno de estos elementos se espera que reduzca el número de partes por integrar en 30 a 40 componentes. Por ello, no debe sorprender que se utilice manufactura aditiva para la construcción del CELESTIQ.

Infraestructura aditiva

Construir el modelo en el Centro Tecnológico de GM es muy conveniente cuando se incorpora manufactura aditiva.

En 2019, en el edificio central de ingeniería en el campus, se abrió un laboratorio de innovación aditiva de más de 400 m². A diferencia de otras compañías, que se abstienen de divulgar la inversión en esta tecnología, GM colocó el laboratorio en un área con mucho tráfico a pie y al centro de la actividad, para capturar talentos que en algún momento expresaron interés en conocer lo que se realiza, dado el rol futuro de la tecnología aditiva.

Ali Shabbir, ingeniero de GM que se enfoca en aditiva, describió el laboratorio como un “espacio de creación”. Al interesarse en la tecnología pueden hallar nuevas aplicaciones los ingenieros que transiten por el área y observen las casi 14 máquinas en operación.

Cadillac CELESTIQ.
Crédito: Cadillac

El CELESTIQ es considerado por la compañía como su unidad “más expresiva y única” en los últimos 120 años. El vehículo eléctrico tiene un paquete de baterías de 110 kWh y un sistema de propulsión de dos motores y “all-wheel-drive” que provee un rango aproximado de 100 a 480 kilómetros de uso. Puesto que las especificaciones del vehículo no están disponibles al día de hoy (la unidad solo comenzará a producirse en diciembre de 2023), para que los lectores tengan una idea del tamaño de modelo, tomen en cuenta que el mismo rodará sobre llantas de 23 pulgadas.

Para “normalizar” el esfuerzo, GM incluyó en el inventario del centro algo que transformará ideas en algo más sustancial. En diciembre de 2022 abrió un espacio de 1,400 m² como un Centro de Industrialización Aditiva en el lugar, equipado con 24 máquinas de varios tipos, incluidos sinterizado láser (SLS), fundido láser (SLM), deposición fundida (FDM) y fusión multi-jet. De esta forma, el objetivo es la “normalización” de los procesos hacia un piso de producción. Shabbir mencionó que buscan “encontrar un hogar” para dichos equipos en las plantas de manufactura a través de la organización GM, lugares donde la tecnología pueda ser aplicada.

Prototipado rápido

Como muchas compañías en industrias que van desde la aeroespacial hasta la de dispositivos médicos, GM ha usado impresión 3D desde hace ya algunos años. El concepto “impresión 3D” denomina las fases de prototipado (por lo cual se le llama rápido) de forma diferenciada con manufactura aditiva (que se considera ya como producción en serie).

Un buen ejemplo de aplicación es el desarrollo de los ductos de enfriamiento del Corvette C8. La compañía observó una marcada reducción de tiempo de diseño, así como de costo (hasta en 60 %) al usarlo.

Con este ejemplo mostramos que para el CELESTIQ hay un alto potencial de adopción de manufactura aditiva.

De acuerdo con Roma, hay 115 partes fabricadas con manufactura aditiva para cada unidad del modelo. N existe ningún otro auto en la línea de la compañía con ese volumen de adopción.

En el caso del CELESTIQ, un conjunto de partes, como switches de ventanas, agarraderas, piezas interiores y piezas estructurales, se fabrican por manufactura aditiva, incluido el volante.

Un ejemplo de las ventajas de la creación rápida de prototipos: El proceso se utilizó para desarrollar diseños de conductos de freno para el Corvette C8, y supuso nueve semanas de tiempo y el 60 % del coste.
Crédito: Steve Fecht para GM.

La seguridad es crítica

Uno de los componentes más interesantes que podría pasarse de lado, pero que muestra los avances y vocación de uso es el anillo en D, utilizado para posicionar el cinturón de seguridad, una de las piezas más críticas para resguardar la integridad personal. Un nuevo diseño en acero inoxidable se prototipó. Cuando los equipos probaron el porcentaje de fallo, descubrieron que sería capaz de soportar el vehículo entero y presentar una buena holgura adicional. Lo anterior es un testimonio de que las restricciones consideradas en la manufactura aditiva desaparecen rápidamente.

La importancia del herramental

Existe otro lugar donde la manufactura aditiva marca la diferencia. Roma indica que GM utiliza la tecnología aditiva para producir herramientas y herramentales de ensamble, que de otra forma tendrían un costo más elevado. De nuevo, costo y tiempo son ahorrados al fabricar el herramental por medio de manufactura aditiva.

Y existe otro factor por considerar: Ergonomía GM invirtió más de 1,400 millones de dólares en la planta de Texas para nuevos robots y escáneres laser, que localicen con precisión las posiciones en donde se require el material para un ensamble eficiente.

Se utilizó tecnología aditiva para producir 100 herramientas diferentes usadas en la planta. Antes las mismas eran de aluminio, pero se reemplazaron por fibras de carbono, mucho más livianas que sus predecesoras.

Razones por las que GM utiliza manufactura aditiva

• Permite la construcción rápida de piezas físicas a partir de diseños digitales.
• Admite pruebas tempranas de funcionalidad y ajuste.
• Facilita iteraciones rápidas de diseño.
• Reduce el tiempo total de desarrollo de producto.
• Disminuye costos de herramentales, desde dispositivos hasta moldes.

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