AUTOMOCIÓN Y AERONÁUTICA


Porsche imprime en 3D la primera cubierta para motor del mundo

22/12/2020

CATEGORíA: Diseños MARCA: Porsche


Más ligero, más rígido, más compacto: Porsche ha producido su primera carcasa completa para un accionamiento eléctrico mediante impresión 3D. La unidad motor-caja de cambios producida mediante el proceso de fusión por láser aditivo superó sin problemas todas las pruebas de calidad y estrés.


El prototipo incluye varios pasos de desarrollo

Los ingenieros del departamento de Desarrollo Avanzado pudieron llevar a cabo varios pasos de desarrollo a la vez con el prototipo. La carcasa de aleación fabricada de forma aditiva es más ligera que una pieza de fundición convencional y reduce el peso total de la transmisión en aproximadamente un diez por ciento. No obstante, gracias a estructuras especiales que solo han sido posibles gracias a la impresión 3D, la rigidez en áreas muy sometidas a tensiones se ha duplicado. Otra ventaja de la fabricación aditiva es el hecho de que se pueden integrar numerosas funciones y piezas. Esto reduce considerablemente el trabajo de montaje y beneficia directamente la calidad de la pieza.

 

La impresión 3D abre nuevas oportunidades en el desarrollo y fabricación de piezas de bajo volumen. Porsche está impulsando intensamente el uso de la fabricación aditiva para la optimización de piezas sometidas a grandes esfuerzos. Hace unos meses, los nuevos pistones impresos demostraron su eficacia en el deportivo de alto rendimiento 911 GT2 RS. La carcasa para un accionamiento eléctrico completo ahora desarrollado también cumple con los requisitos de alta calidad. En la misma carcasa que el motor eléctrico está integrada la caja de cambios de dos velocidades aguas abajo. Este enfoque altamente integrado está diseñado para su uso en el eje delantero de un automóvil deportivo.

 

Los diseños son posibles en casi cualquier geometría

“Nuestro objetivo era desarrollar un accionamiento eléctrico con potencial para la fabricación aditiva, al mismo tiempo integrando tantas funciones y piezas como fuera posible en la carcasa del accionamiento, ahorrando peso y optimizando la estructura”, dice Falk Heilfort. Ningún otro proceso de fabricación ofrece tantas posibilidades y una implementación tan rápida como la impresión 3D. Los datos de diseño se pueden enviar a la impresora directamente desde la computadora sin pasos intermedios como la fabricación de herramientas. A continuación, las piezas se crean capa por capa a partir de polvo de aleación de aluminio. Esto permite fabricar formas como carcasas con conductos de refrigeración integrados en casi cualquier geometría. Cada capa se derrite y luego se fusiona con la capa anterior. Hay varias tecnologías diferentes disponibles para este propósito. La carcasa del impulsor se fabricó con polvo metálico de alta pureza mediante el proceso de fusión de metales por láser (LMF). Aquí, un rayo láser calienta y funde la superficie del polvo correspondiente al contorno de la pieza.

 

La optimización del accionamiento eléctrico comenzó con la integración del diseño de componentes como cojinetes, intercambiadores de calor y suministro de aceite. A esto siguió la definición de cargas e interfaces calculada por computadora. La determinación de las trayectorias de carga tuvo lugar luego sobre esta base. El siguiente paso en el método de desarrollo virtual fue la optimización de las rutas de carga mediante la integración de las llamadas estructuras de celosía. Estas estructuras se inspiran en la naturaleza y también se pueden ver de forma similar en huesos o plantas, por ejemplo. “Pudimos expandir y mejorar nuestras soluciones de software y métodos para crear tales piezas y ahora podemos implementarlas virtualmente en un espacio de tiempo muy corto”, dice Sebastian Wachter, Especialista en Metodología de Diseño y Optimización de Topología en Powertrain Advance Development Departamento. Cuando se combina con la inteligencia artificial, surgen aquí enfoques interesantes para optimizar los métodos de desarrollo para el futuro.

 

 

La impresión 3D tiene requisitos de diseño específicos

Sin embargo, la mayor libertad de diseño que ofrece la impresión 3D también va de la mano con requisitos de diseño específicos. Estos incluyen que los ingenieros tengan que tener en cuenta el hecho de que las piezas de trabajo se producen capa a capa por fusión. Si hay grandes protuberancias en la forma, es posible que deban planificarse elementos de soporte como nervaduras. Sin embargo, estos no deben extenderse a conductos de transporte de medios. Por tanto, es importante tener en cuenta ya la dirección en la que se construyen las capas en la fase de diseño. Con la tecnología de la máquina actualmente disponible, la impresión del primer prototipo de carcasa tomó varios días y tuvo que realizarse en dos procesos de construcción debido al tamaño del componente. Con las últimas generaciones de máquinas, es posible reducir este tiempo en un 90 por ciento y la carcasa completa se puede fabricar en un solo proceso de construcción.

 

El peso de las piezas de la carcasa se redujo aproximadamente en un 40 por ciento debido a la integración de funciones y la optimización de la topología. Esto representa un ahorro de peso de alrededor del diez por ciento para toda la unidad debido a la construcción liviana. La rigidez se incrementó significativamente al mismo tiempo. A pesar de un espesor de pared continuo de solo 1,5 milímetros, la rigidez entre el motor eléctrico y la caja de cambios se incrementó en un 100 por ciento debido a las estructuras de celosía. La estructura de panal reduce las oscilaciones de las paredes delgadas de la carcasa y, por lo tanto, mejora considerablemente la acústica del convertidor en su conjunto. La integración de piezas hizo que la unidad de transmisión fuera más compacta, mejoró significativamente el paquete de transmisión y redujo el trabajo de montaje en alrededor de 40 pasos de trabajo. Esto equivale a una reducción del tiempo de producción de aproximadamente 20 minutos. Un beneficio adicional: la integración del intercambiador de calor de la caja de cambios con una transmisión de calor optimizada mejora la refrigeración del accionamiento en su conjunto. Este es un requisito básico para seguir mejorando el rendimiento.

 

La fabricación aditiva ofrece un gran potencial

La carcasa producida mediante el proceso de impresión 3D muestra nuevamente el potencial de la fabricación aditiva para Porsche en lo que respecta a la innovación de productos en el futuro. También surgen potenciales en las áreas de innovación de procesos - desarrollo ágil y producción flexible - y para nuevas áreas de negocio como la personalización con nuevas ofertas para clientes y repuestos. Esta tecnología de fabricación es técnica y económicamente interesante para Porsche específicamente para series especiales y pequeñas, así como para deportes de motor.

 

Más información y fotos www.porsche.com

 

 

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