Revista de Ingeniería Eléctrica y Tecnología Electrónica

Impresión 3D para prototipado de componentes especiales en la industria automotriz

Nicola Corsetto

La evolución de las técnicas innovadoras en la Industria 4.0 ha caracterizado y definido el desarrollo de nuevos materiales para la impresión 3D, que presentan propiedades completamente nuevas, en concreto nuevos "material patterns". Uno de ellos es sin duda el TPU (poliuretano termoplástico), protagonista de una aplicación para la siguiente investigación en fabricación aditiva innovadora. Este polímero presenta numerosas ventajas, como una alta resistencia al impacto, al desgaste, a la abrasión y a los cortes; además, presenta una adhesión de capas bastante avanzada que permite una excelente homogeneidad mecánica a nivel de las piezas fabricadas, haciéndolas isotrópicas. El caso de estudio propuesto ha mostrado los resultados relacionados con la solución de los problemas provocados por el sobrecalentamiento de los dispositivos de vídeo utilizados para grabaciones de pruebas y pruebas de vehículos de carreras, diseñando una solución innovadora que siempre se puede utilizar evitando cualquier tipo de tecnología electrificada para evitar un aumento de fallos y de peso de los dispositivos. Se ha dedicado un alto nivel de atención al respeto de las tensiones térmicas para llevar el componente a un alto nivel de resistencia a las altas temperaturas que se crean en verano en el interior de los habitáculos expuestos desde los parabrisas al sol. El uso de impresoras 3D domésticas de bajo costo y rendimiento con materiales técnicos ahora también disponibles a precios bastante económicos fue importante. Las herramientas utilizadas para la siguiente investigación presentan opciones de bajo presupuesto para llevar el diseño a nuevos niveles de desafío con el fin de hacer de la impresión 3D una herramienta utilizable para que todos reproduzcan correctamente elementos que no se pueden producir en masa. Las herramientas son: teléfonos inteligentes con cámaras de alta resolución, componentes mecánicos fluidodinámicos, impresoras 3D domésticas, bobinas de material TPU y computadoras con software de fotogrametría y modelado 3D. El procedimiento utilizado implicó la identificación de un paso inicial, y específicamente, el de topografía y escaneo tridimensional de la rejilla de refrigeración del automóvil utilizado para esta prueba (el auto de carreras Lamborghini Huracan), con técnicas de fotogrametría simples que fueron posibles gracias a la forma simple del modelo en cuestión. La fase de estudio digital mediante fotogrametría se inició con la toma de fotografías con diferentes tomas del salpicadero del coche, para luego ser trasladadas a un soporte digital que mediante un software procesó una imagen bien definida de la rejilla de refrigeración, que luego fue llevada a tamaño completo con los diferentes patrones detectados previamente, para una correcta interpretación de todas las medidas necesarias para el diseño. El procedimiento se definió entonces mediante el uso de componentes ya existentes en el mercado, con la elección de un tubo fluidodinámico modular estanco y juntas modulares universales de materiales adecuados al estrés térmico, con cuidadosos estudios de posicionamiento para identificar la ubicación adecuada para la colocación de los primeros componentes mencionados.La identificación de un marco dimensional adecuado permitió el correcto diseño matemático de un dispositivo apto para la mejor optimización convectiva del flujo de aire del sistema de aire acondicionado interior. El objetivo deseado era aprovechar la refrigeración del vehículo para refrigerar la cámara situada en el parabrisas, con un elemento significativamente reducido en peso, monomaterial, que no sufriera fallos eléctricos o de otro tipo y que aún fuera resistente a las altas temperaturas de las pistas de carreras en verano. Los siguientes pasos fueron el modelado tridimensional del componente directamente sobre el elemento de rejilla detectado en un entorno digital, mediante software como Rhinoceros 3D, respetando todo tipo de criterios necesarios para la correcta impresión del material en cuestión, de hecho el TPU requiere espesores mínimos para que se le dé la flexibilidad adecuada al modelo para obtener un cierre hermético correcto, una vez que se realiza el ajuste sobre la rejilla. Siempre utilizando software de modelado 3D, fue posible colocar el componente en un entorno virtual para verificaciones geométricas y estilísticas y para una cuidadosa comparación con diferentes conductores y técnicos en el campo de la automoción para la elección del componente estético y funcional correcto, con diferentes pruebas físicas de modelos impresos con material de prueba para comprender físicamente los problemas relacionados con la aplicación del producto dentro del interior del automóvil. El paso crucial fue definitivamente respetar el equilibrio entre la forma estilística y las geometrías correctamente diseñadas para una impresión limpia y optimizada en el tiempo sin la ayuda de soportes de capas en voladizo, una característica que fue posible gracias a un cuidadoso diseño "escalonado" colocando la parte plana del prototipo directamente sobre la placa de impresión, logrando así una construcción del modelo con siluetas crecientes, obtenidas mediante una gestión cuidadosa de toda la fase de impresión y maniobrando adecuadamente las diferentes temperaturas durante el proceso de impresión durante la impresión de diferentes horas. Se realizaron diversas pruebas con el fin de estudiar tanto el comportamiento del material como la morfología del modelo diseñado, con el fin de realizar diferentes pruebas y refinar sus características, con el uso de diferentes tipos de material de impresión 3D TPU para realizar una cuidadosa investigación relacionada con el diferente comportamiento de diferentes tipos de muestras. El resultado se obtuvo a través de la validación de un producto físico final definido, realizado sin la necesidad de crear sistemas de conexión mediante pegado y/o conexiones roscadas, de hecho, la metodología utilizada incluyó evitar pegamentos de componentes orientados al mejor rendimiento del producto, es decir, optimizar la refrigeración de las cámaras en diferentes posiciones del habitáculo, sin causar daños al costoso y tecnológico salpicadero del coche, haciendo que el componente diseñado sea totalmente desmontable sin dejar ningún rastro de la fijación en la superficie de carbono comprimido.Esta actividad ha confirmado el valor de las tecnologías antes mencionadas, hechas más eficientes a través de una adecuada transferencia de tecnología para poder maximizar el rendimiento de los productos y componentes en cualquier necesidad de diseño y fabricación, gestionando actividades especiales de prototipado hasta ahora inéditas debido a los altos costes de funcionamiento de las impresoras 3D y del suministro de material industrial.