Estreno mundial: pinza de
freno de una impresora 3-D - Bugatti desarrolla el componente funcional de
titanio más grande del mundo producido por la fabricación aditiva
- La nueva pinza de freno monobloc de ocho pistones es la primera pinza de freno del mundo producida por una impresora tridimensional.
- También la pinza de freno más grande en la industria automotriz como un todo
- Bugatti es el primer fabricante de la serie en usar titanio, un material que exige un procesamiento extremadamente complejo y desafiante
- La innovación mundial es el resultado de la cooperación entre el Departamento de Desarrollo de Bugatti y Laser Zentrum Nord en Hamburgo
- La marca francesa de superdeportivos alcanza un nuevo hito en el desarrollo de la impresión 3-D como tecnología orientada al futuro
- Como el laboratorio de desarrollo técnico del Grupo Volkswagen, Bugatti lidera el camino de la impresión 3-D y es un impulsor mundial de la innovación
- Componentes impresos tridimensionales para ser probados para producción en serie este año
- Experiencia adquirida para ser utilizada en proyectos de investigación y desarrollo del Grupo Volkswagen y sus marcas
Con sus superdeportivos Veyron y Chiron, Bugatti se ha
posicionado como pionero de nuevos desarrollos técnicos e innovaciones en el
sector de rendimiento extremo de la industria del automóvil en las últimas
décadas y ha establecido datos y registros de rendimiento impresionantes Ahora
el Departamento de Desarrollo de la marca de lujo francesa ha logrado un nuevo
golpe. Por primera vez, los desarrolladores de Bugatti han tenido éxito en el
diseño de una pinza de freno que puede ser producida por impresión
tridimensional. Pero eso de ninguna manera es todo. Si bien el material
principal utilizado para la producción aditiva de componentes de vehículos
hasta la fecha ha sido el aluminio, la nueva pinza de freno está hecha de
titanio. Por lo tanto, este es el componente funcional más grande del mundo
producido a partir de titanio utilizando procesos de impresión 3D. Este nuevo
hito en el desarrollo de la impresión tridimensional se alcanzó en cooperación
con Laser Zentrum Nord de Hamburgo, un instituto que ha formado parte de la
organización de investigación Fraunhofer desde el comienzo del año. Con este
debut mundial, Bugatti ha subrayado su función de faro para la impresión
tridimensional dentro del Grupo Volkswagen y su papel como impulsor de la
innovación en la industria automotriz internacional. Las pruebas de vehículos
para el uso de la pinza de freno de titanio tridimensional en producción en
serie comenzarán en la primera mitad del año. Bugatti ha subrayado su función
de faro para la impresión tridimensional dentro del Grupo Volkswagen y su papel
como impulsor de la innovación en la industria automotriz internacional. Las
pruebas de vehículos para el uso de la pinza de freno de titanio tridimensional
en producción en serie comenzarán en la primera mitad del año. Bugatti ha
subrayado su función de faro para la impresión tridimensional dentro del Grupo
Volkswagen y su papel como impulsor de la innovación en la industria automotriz
internacional. Las pruebas de vehículos para el uso de la pinza de freno de
titanio tridimensional en producción en serie comenzarán en la primera mitad
del año.
"El desarrollo del
vehículo es un proceso interminable. Esto es particularmente cierto en Bugatti
", dice Frank Götzke, Director de Nuevas Tecnologías en el Departamento de
Desarrollo Técnico de Bugatti Automobiles SAS" En nuestros continuos
esfuerzos de desarrollo, siempre estamos considerando cómo se pueden usar
nuevos materiales y procesos para hacer que nuestro modelo actual sea uniforme.
mejor y cómo se podrían diseñar los futuros vehículos de nuestra marca ".
"Como nuestros datos de
rendimiento a menudo están en los límites físicos, somos especialmente
exigentes", agrega la técnica de herramientas y producción de máquinas de
48 años de edad, que posee una licenciatura en ingeniería. "Esta es la
razón por la que Bugatti siempre va un paso más allá que otros fabricantes en
el desarrollo de soluciones técnicas".
Götzke ha trabajado para el
grupo Volkswagen por más de 22 años. Se unió a Bugatti en 2001 y jugó un papel
clave en el desarrollo de Veyron como Jefe de Desarrollo de Chasis y en el
desarrollo de Chiron 1 en su posición
actual.
Bugatti actualmente usa los
frenos más potentes del mundo en el nuevo Chiron. Las pinzas de freno eran un
desarrollo completamente nuevo. Se forjan a partir de un bloque de aleación de
aluminio de alta resistencia. Con ocho pistones de titanio en cada una de las
pinzas delanteras y seis en cada una de las unidades traseras, estas son
también las pinzas de freno más grandes instaladas actualmente en un vehículo
de producción. Las pinzas de freno de la Chiron se producen utilizando
principios biónicos sobre la base de un modelo natural. La nueva arquitectura
combina el peso mínimo con la máxima rigidez. La inspiración para el diseño y
el modo de operación de los frenos fue tomada del automovilismo.
Con la nueva pinza de freno de
titanio de la impresora 3-D, Bugatti ahora da un paso más y abre nuevos
caminos. Esta particular aleación de titanio, con la designación científica de
Ti 6 AI 4 V, se utiliza principalmente en la industria aeroespacial, por
ejemplo, para trenes de aterrizaje y componentes de alas altamente estresados
o en motores de aviones y cohetes. El material ofrece un rendimiento
considerablemente más alto que el aluminio. Por ejemplo, incluso como un
componente impreso en 3-D, tiene una resistencia a la tracción de 1.250 N / mm
2. Esto significa que se aplicará una fuerza de poco más de 125 kg a un
milímetro cuadrado de esta aleación de titanio sin que se rompa el material. La
nueva pinza de freno de titanio, que mide 41 cm de largo, 21 cm de ancho y 13,6
cm de alto, pesa solo 2,9 kg. En comparación con el componente de aluminio
actualmente utilizado, que pesa 4.9 kg, Bugatti podría reducir el peso de la
pinza de freno en aproximadamente un 40% al mismo tiempo que asegura una mayor
resistencia al usar la nueva pieza.
Hasta la fecha, este enfoque
no era factible porque es extremadamente difícil o incluso imposible de fresar
o forjar componentes de un bloque de titanio como es práctica normal con el
aluminio debido a la resistencia extremadamente alta del material. Este
problema ahora se ha resuelto utilizando una impresora 3-D de muy alto
rendimiento, que también abre la posibilidad de generar estructuras aún más
complejas que son significativamente más rígidas y más resistentes de lo que
sería posible con cualquier proceso de producción convencional. Frank Götzke
encontró las unidades de fusión láser selectivas requeridas en Hamburgo, en
Laser Zentrum Nord.
"Laser Zentrum Nord es
uno de los muchos institutos científicos con los que hemos desarrollado una muy
buena cooperación a lo largo de los años", explica Götzke. "Gracias a
la gran cantidad de proyectos completados, principalmente para la industria
aeronáutica, el instituto cuenta con un amplio know-how especialmente en el
campo del procesamiento de titanio y ofrece tecnología madura". En los
últimos años, los científicos de producción de Hamburgo han recibido un gran
número de premios de innovación nacionales e internacionales de gran prestigio
por su trabajo en la industria.
"La cooperación con
Bugatti es un proyecto clave para nosotros", dice el Prof. Dr.-Ing. Claus
Emmelmann. El Prof. Emmelmann fue anteriormente Director General de Laser
Zentrum Nord GmbH y ha sido Director del Instituto Fraunhofer de Tecnologías de
Producción Aditiva (Fraunhofer IAPT) desde que Laser Zentrum Nord se incorporó
a la organización de investigación Fraunhofer con este nombre a principios de
año. También dirige el Instituto de Tecnologías Láser y de Sistemas (iLAS) de
la Universidad de Tecnología de Hamburgo. Emmelmann se enorgullece de la
cooperación entre su instituto y Bugatti. "Estamos encantados de que
Bugatti nos contacte. No conozco a ningún otro fabricante de automóviles que
haga demandas tan extremas de sus productos. Nos complace enfrentar este
desafío ".
El tiempo de desarrollo para
la pinza de freno de titanio impresa en 3 D fue muy breve. Desde la primera
idea hasta el primer componente impreso, solo tomó aproximadamente tres meses.
El concepto básico, las simulaciones de rigidez y rigidez, los cálculos de
diseño y los planos de diseño fueron enviados a Laser Zentrum Nord por Bugatti
como un paquete de datos completo. Luego, el instituto llevó a cabo la
simulación del proceso, el diseño de las estructuras de soporte, la impresión
real y el tratamiento del componente. Bugatti fue responsable de terminar.
La impresora 3-D especial de
Laser Zentrum Nord, que era la impresora más grande del mundo adecuada para
titanio al inicio del proyecto, está equipada con cuatro láseres de 400 vatios.
Se necesitan un total de 45
horas para imprimir una pinza de freno. Durante este tiempo, el polvo de
titanio se deposita capa por capa. Con cada capa, los cuatro láseres funden el
polvo de titanio en la forma definida para la pinza de freno. El material se
enfría inmediatamente y la pinza de freno toma forma. La cantidad total de
capas requeridas es 2.213. Después de la finalización de la capa final, el
polvo de titanio restante que no se había fundido se retira de la cámara, se
limpia y se conserva para su reutilización en un circuito cerrado. Lo que queda
en la cámara es una pinza de freno completa con estructura de soporte que
mantiene su forma hasta que recibe un tratamiento térmico estabilizador y
alcanza su resistencia final.
El tratamiento térmico se
lleva a cabo en un horno donde la pinza de freno está expuesta a una temperatura
inicial de 700 ° C, que cae a 100 ° C en el transcurso del proceso, con el fin
de eliminar la tensión residual y garantizar la estabilidad dimensional.
Finalmente, las estructuras de soporte se eliminan y el componente se separa de
la bandeja. En la siguiente etapa de producción, la superficie se suaviza en un
proceso combinado mecánico, físico y químico que mejora drásticamente su
resistencia a la fatiga, es decir, la durabilidad a largo plazo del componente
en la operación posterior del vehículo. Finalmente, los contornos de las
superficies funcionales, como las superficies de contacto o los hilos del
pistón, se mecanizan en una fresadora de cinco ejes que tarda otras 11 horas en
completar su trabajo.
El resultado es un componente
de forma delicada con grosores de pared entre un mínimo de un solo milímetro y
un máximo de cuatro milímetros.
"Fue un momento muy
conmovedor para el equipo cuando sostuvimos nuestra primera pinza de freno de
titanio con la impresora 3D en nuestras manos", recuerda Frank Götzke.
"En términos de volumen, este es el componente funcional más grande
producido a partir de titanio mediante métodos de fabricación aditiva. Todos
los que miran la pieza se sorprenden de lo liviano que es, a pesar de su gran
tamaño. Técnicamente, esta es una pinza de freno extremadamente impresionante,
y también se ve genial ".
Las primeras pruebas para uso
en vehículos de producción se realizarán en la primera mitad del año; el
cronograma aún está por finalizar. En esa etapa, el ingeniero promete que será
posible acortar considerablemente los tiempos de producción, especialmente para
el mecanizado.
Götzke y su equipo están
presentando los resultados de su trabajo al Grupo y sus marcas. "En
desarrollo de impresión 3-D, Bugatti es el líder en el grupo Volkswagen",
enfatiza Götzke. "Todos pueden y deben beneficiarse de nuestros proyectos.
Esto también es parte del papel de Bugatti como laboratorio del Grupo para
aplicaciones de alta tecnología ".
La pinza de freno de titanio
impresa en 3 dimensiones es solo un ejemplo del trabajo actual de investigación
y desarrollo de Bugatti. "No solo hemos desarrollado el componente de
titanio más grande del mundo producido por fabricación aditiva, sino también el
componente de aluminio más largo fabricado hasta la fecha por impresión en
3-D", explica Götzke, orgullosamente sacando una limpiaparabrisas de
aluminio liviana de 63 centímetros de largo del gabinete. La placa solo pesa
0.4 kg, la mitad del peso de una tabla de aluminio liviana fundida a presión
convencional, sin ninguna reducción en la rigidez. Pero esa es otra historia.
1 Consumo de combustible , l / 100km: urbano
35.2 / extra urbano 15.2 / combinado 22.5; Emisiones de CO2, combinadas, g /
km: 516; clase de eficiencia: G
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