De prototipos a 250,000 piezas: impresión 3D SLA y SLS en la producción automotriz de Brose

En la industria automotriz, reducir el tiempo entre el diseño de un componente y su integración en producción puede representar una ventaja importante.

Los fabricantes y proveedores deben responder a ciclos de desarrollo más cortos, cambios constantes en los productos, mayores requerimientos de personalización y posibles interrupciones en la cadena de suministro.

Brose, uno de los principales proveedores internacionales de sistemas mecatrónicos para vehículos, integró tecnologías de impresión 3D SLA y SLS en distintas etapas de su operación.

La empresa utiliza manufactura aditiva para fabricar cientos de prototipos, dispositivos de manufactura, componentes para programación de robots y series de piezas finales que alcanzan hasta 250,000 unidades.

Este caso muestra cómo la impresión 3D automotriz puede evolucionar de una herramienta de prototipado a una tecnología de apoyo directo para la producción industrial.

Brose: sistemas mecatrónicos para la industria automotriz

Brose desarrolla y fabrica sistemas para asientos, puertas y portones traseros utilizados por algunos de los principales fabricantes de vehículos.

De acuerdo con Formlabs, uno de cada tres vehículos nuevos incorpora al menos un componente fabricado por Brose. La empresa suministra soluciones a fabricantes como BMW, Volvo, Ford, Mercedes y Jeep.

La manufactura aditiva forma parte de las iniciativas que Brose utiliza para responder a los cambios en la industria automotriz y reducir los tiempos de desarrollo, herramental y producción.

En Norteamérica, la empresa opera impresoras SLA y SLS tanto en sus instalaciones de desarrollo como en plantas dedicadas a la producción de componentes finales.

El reto: ciclos de desarrollo más cortos

La industria automotriz ha experimentado cambios acelerados durante los últimos años.

La expansión de los vehículos eléctricos, la demanda de configuraciones personalizadas y los problemas de abastecimiento han incrementado la presión sobre fabricantes y proveedores.

Brose necesitaba una solución que le permitiera:

• Fabricar prototipos en volúmenes de cientos de unidades.
• Validar componentes antes de producir herramentales.
• Crear dispositivos de manufactura rápidamente.
• Reducir la dependencia de proveedores externos.
• Mantener operativas las líneas de producción.
• Fabricar piezas finales mientras los moldes definitivos estaban disponibles.
• Responder rápidamente a modificaciones solicitadas por los fabricantes de vehículos.

La empresa integró impresión 3D en diferentes departamentos para cubrir estas necesidades desde el diseño hasta la fabricación final.

Prototipado automotriz en volúmenes de cientos de piezas

En Brose, un proyecto de prototipado no siempre significa fabricar una o dos unidades.

Los componentes deben someterse a pruebas internas, estándares externos y requerimientos regulatorios. Por esta razón, un solo desarrollo puede requerir entre 700 y 800 piezas de prueba.

En algunos proyectos, los volúmenes de prototipos alcanzan entre 500 y 1,000 unidades.

Este nivel de demanda requiere una tecnología capaz de combinar velocidad, repetibilidad y costos adecuados para series intermedias.

La impresión 3D permite fabricar esas cantidades sin desarrollar moldes o herramentales específicos para cada versión preliminar.

Impresión 3D SLA para componentes flexibles

Una de las aplicaciones desarrolladas por Brose fue un pequeño amortiguador instalado en el mecanismo de ajuste longitudinal de un asiento.

El componente reduce el sonido y mejora la sensación producida cuando el ensamble metálico del asiento llega al final de su recorrido.

Para realizar una prueba preliminar, Brose necesitaba únicamente algunos cientos de piezas. Sin embargo, adquirirlas con un proveedor de producción en serie implicaba aceptar un pedido mínimo de varios millones de unidades.

Además del costo, la empresa habría tenido que esperar varias semanas, almacenar el excedente y eventualmente desechar una gran cantidad de componentes que no serían utilizados.

Brose utilizó el modelo CAD existente y fabricó varios cientos de amortiguadores mediante impresión 3D SLA en una Form 4. Los componentes estuvieron disponibles en aproximadamente una semana.

Menos inventario y menores cantidades mínimas

El caso del amortiguador muestra una ventaja importante de la impresión 3D para el desarrollo automotriz.

Los procesos de producción en masa suelen requerir cantidades mínimas que no son compatibles con una etapa de validación.

Cuando una empresa solo necesita cientos de piezas, ordenar millones genera:

• Inventario innecesario.
• Costos logísticos.
• Capital inmovilizado.
• Espacio de almacenamiento.
• Riesgo de obsolescencia.
• Generación de desperdicio.

La producción interna mediante SLA permitió a Brose fabricar únicamente las piezas necesarias para las pruebas, sin depender de pedidos mínimos ni transporte internacional.

Combinación de SLA y SLS para prototipos complejos

No todas las aplicaciones pueden resolverse con una sola tecnología.

Para validar una estructura de suspensión integrada dentro de un asiento, Brose combinó componentes fabricados mediante SLA y SLS.

Las piezas flexibles y translúcidas se imprimieron con Durable Resin en equipos SLA. Los tubos y conexiones estructurales se fabricaron con Nylon 12 GF Powder en impresoras Fuse Series SLS.

Cada conjunto incorporaba:

• Seis componentes fabricados mediante SLS.
• Tres componentes fabricados mediante SLA.

Brose produjo 150 ensambles completos para realizar pruebas dentro de estructuras de asiento. Esto representó un total de 900 piezas SLS y 450 piezas SLA.

Validación sin moldes ni proveedores externos

La estructura de suspensión normalmente habría requerido procesos complejos de sobremoldeo o herramentales especializados.

En lugar de desarrollar un molde costoso para una fase de prueba, Brose adaptó las piezas para ensamblarlas directamente sobre la estructura metálica.

Los elementos SLS se diseñaron para sujetarse sobre el alambre, mientras que las piezas SLA se instalaron antes de completar su curado.

Este flujo permitió diseñar, fabricar, ensamblar e iterar internamente el componente sin recurrir a herramental de producción.

La combinación de tecnologías fue determinada por la función de cada pieza: flexibilidad para algunos elementos y resistencia estructural para otros.

Impresión 3D para dispositivos de manufactura

La iniciativa de Brose no se limita al prototipado.

Desde 2022, la empresa desarrolla el programa denominado Plant Goes Additive, orientado a integrar manufactura aditiva en distintas áreas de sus plantas.

Una de sus principales aplicaciones es la fabricación de dispositivos, conectores, guías y elementos auxiliares utilizados directamente en los procesos productivos.

Estos componentes pueden ayudar a:

• Reducir tiempos de preparación.
• Evitar daños en maquinaria.
• Agilizar reparaciones.
• Disminuir paros.
• Mejorar la repetibilidad.
• Adaptar estaciones a diferentes productos.
• Reemplazar rápidamente accesorios dañados.

Dispositivos para programación de robots de soldadura

Brose utiliza robots para soldar estructuras metálicas de asientos.

En sus instalaciones de desarrollo, los mismos robots deben configurarse para múltiples líneas y modelos de producto.

Cada vez que el equipo cambia de proyecto, es necesario reprogramar movimientos y parámetros.

El problema era que las piezas metálicas definitivas no siempre estaban disponibles cuando el robot debía configurarse. Fabricarlas únicamente para programación podía resultar costoso y generar retrasos.

Brose comenzó a producir réplicas dimensionales mediante impresión 3D SLA para utilizarlas como dispositivos de ajuste y programación.

Un dispositivo de gran formato en menos de tres horas

Con una Form 4L y Fast Model Resin, Brose fabricó un dispositivo de ajuste para una celda de soldadura robótica.

La pieza se dividió en cuatro secciones y ocupó gran parte del volumen de construcción del equipo.

La impresión se completó en menos de dos horas. Después del lavado y curado, el dispositivo se ensambló e instaló en el robot aproximadamente 45 minutos más tarde.

El flujo completo, desde la impresión hasta la instalación, tomó menos de tres horas.

Esto permitió programar el robot antes de recibir los componentes metálicos estampados que posteriormente serían utilizados en producción.

Preparar la producción antes de recibir las piezas definitivas

La posibilidad de configurar una celda con réplicas impresas aporta una ventaja operativa.

El equipo puede adelantar actividades de programación, verificar trayectorias y preparar parámetros sin esperar la llegada de componentes definitivos.

Cuando las piezas metálicas están disponibles, la estación ya cuenta con gran parte del trabajo de preparación realizado.

Los dispositivos impresos también pueden modificarse o volver a fabricarse si cambia la geometría del producto.

Esto convierte al archivo digital en un recurso reutilizable para preparar nuevas configuraciones.

Conectores impresos para reducir daños en línea

En la planta Brose New Boston, la empresa desarrolló un conector magnético para la etapa final de inspección de los asientos.

Durante la prueba, un técnico conecta la estructura del asiento a una fuente eléctrica. Después de verificar su funcionamiento, debe retirar el cable antes de mover el ensamble a la siguiente estación.

En algunas ocasiones, el operador olvidaba desconectarlo y el movimiento del asiento rompía el cable, generando daños de cientos de dólares y pausas en la producción.

El equipo diseñó un conector magnético impreso en 3D que se separa automáticamente si el asiento se desplaza sin que el cable haya sido retirado.

La solución protege la instalación y reduce el riesgo de interrupciones provocadas por errores operativos.

Manufactura aditiva para mantener operativa la planta

Los dispositivos de producción no siempre son componentes grandes o sofisticados.

Una pieza pequeña puede evitar daños, simplificar una operación o reducir el tiempo de reparación de un equipo.

Brose utiliza estos auxiliares para disminuir desgaste, realizar reparaciones con mayor rapidez y reducir el tiempo de inactividad.

En este tipo de aplicaciones, el valor de la impresión 3D no debe medirse únicamente por el costo unitario del componente.

También deben considerarse las pérdidas evitadas:

• Horas de paro.
• Daños a equipos.
• Retrasos de producción.
• Intervenciones de mantenimiento.
• Desperdicio.
• Menor capacidad de la línea.

Producción temporal de piezas finales

Una de las aplicaciones más relevantes del caso es la producción de componentes finales mediante SLS.

Brose utiliza la impresión 3D para cubrir temporalmente la demanda mientras se fabrican o modifican los herramentales definitivos.

Este enfoque se conoce como gap production o producción puente.

Cuando un fabricante solicita una nueva pieza o un cambio que no puede integrarse inmediatamente a un molde, Brose evalúa si puede producirse mediante SLS durante el periodo de transición.

La manufactura aditiva permite comenzar la entrega de piezas antes de que la herramienta de producción masiva esté disponible.

250,000 componentes para el BMW X7

Brose implementó impresión 3D SLS para producir clips destinados a los ensambles de asiento del BMW X7.

El volumen total del proyecto fue de 250,000 componentes.

Los datos principales del proceso fueron:

• Tecnología: impresión 3D SLS.
• Equipos: Fuse 1 y Fuse 1+ 30W.
• Material: Nylon 12 GF Powder.
• Cantidad por cámara de construcción: 1,440 piezas.
• Producción mensual: 16,000 piezas.
• Volumen total: 250,000 componentes.

Las piezas se utilizaron como componentes finales mientras Brose completaba la transición hacia los herramentales convencionales.

20,000 mecanismos Bowden fabricados mediante SLS

Otra aplicación fue un mecanismo de liberación Bowden utilizado dentro de un ensamble de asiento.

Brose planeó producir 20,000 unidades mediante su flota de impresoras Fuse Series.

En cada cámara de construcción podían fabricarse 144 piezas, con una productividad aproximada de 1,000 componentes por semana.

El material seleccionado fue Nylon 12 GF Powder, debido a su estabilidad dimensional y comportamiento similar al nylon moldeado por inyección.

Antes de fabricar los componentes, Brose digitalizó piezas existentes, realizó modificaciones en CAD y produjo las nuevas versiones mediante impresión 3D.

Ingeniería inversa y producción digital

El proceso de producción puente puede comenzar con la digitalización de un componente existente.

Brose utiliza escaneo 3D para capturar la geometría, modificarla en CAD y fabricar una versión actualizada en el mismo día.

Este flujo resulta útil cuando:

• No existen archivos digitales actualizados.
• Debe modificarse una pieza existente.
• El proveedor convencional no puede responder con rapidez.
• El molde definitivo todavía no está disponible.
• Se necesita validar una corrección antes de producción masiva.

La integración de escaneo, diseño e impresión permite reducir el tiempo entre la identificación de un cambio y la fabricación del componente.

¿Por qué Brose eligió SLS para piezas finales?

La impresión 3D SLS permite aprovechar gran parte del volumen de construcción, ya que el propio polvo sostiene las piezas y elimina la necesidad de estructuras de soporte independientes.

Esto facilita la fabricación de lotes densamente acomodados y geometrías complejas.

Brose seleccionó SLS para producción porque ofrece:

• Capacidad para fabricar lotes grandes.
• Menor necesidad de postprocesado que algunas aplicaciones SLA.
• Piezas funcionales de nylon.
• Buen control dimensional.
• Producción repetible.
• Facilidad para acomodar muchas piezas por construcción.
• Capacidad para operar continuamente.

La empresa opera tres sistemas Fuse Series para producir prototipos, dispositivos y componentes finales.

La importancia de la confiabilidad

La producción de cientos de miles de piezas requiere consistencia.

Una impresora utilizada para prototipos ocasionales puede tolerar cierta variación en tiempos o disponibilidad. Una flota destinada a componentes finales debe operar de forma estable y predecible.

Brose destaca la facilidad de mantenimiento y la baja tasa de fallas de sus equipos.

Después de cada construcción, el mantenimiento de una Fuse 1 o Fuse 1+ 30W toma aproximadamente 15 minutos, lo que ayuda a mantener una operación continua.

La confiabilidad permitió a la empresa comprometerse con volúmenes de producción que anteriormente se asociaban casi exclusivamente con procesos convencionales.

SLA y SLS dentro de un mismo flujo automotriz

El caso de Brose demuestra que SLA y SLS cumplen funciones complementarias.

Aplicaciones de SLA

Brose utiliza SLA para:

• Prototipos flexibles.
• Componentes de prueba.
• Dispositivos dimensionales.
• Réplicas para programación de robots.
• Piezas de gran formato.
• Auxiliares que requieren alta precisión y rapidez.

Aplicaciones de SLS

SLS se utiliza para:

• Prototipos funcionales.
• Componentes estructurales.
• Ensambles sometidos a pruebas.
• Series de cientos o miles de piezas.
• Producción puente.
• Componentes finales.
• Piezas con Nylon 12 reforzado con fibra de vidrio.

La tecnología se selecciona de acuerdo con el volumen, las propiedades mecánicas, la geometría y la función del componente.

Beneficios obtenidos por Brose

La integración de manufactura aditiva en la producción automotriz permitió a Brose:

• Fabricar cientos de prototipos sin herramental.
• Evitar pedidos mínimos de millones de piezas.
• Reducir tiempos de espera de semanas a días.
• Combinar SLA y SLS en ensambles funcionales.
• Producir dispositivos para robots en menos de tres horas.
• Reducir daños y paros en las líneas.
• Modificar piezas a partir de escaneo 3D.
• Fabricar componentes finales mientras se completaban los moldes.
• Producir hasta 1,440 piezas por cámara.
• Alcanzar una producción mensual de 16,000 componentes.
• Ejecutar un proyecto de 250,000 piezas finales.

¿Cuándo utilizar impresión 3D en producción automotriz?

La manufactura aditiva puede aportar valor cuando existe una combinación de los siguientes factores:

• Desarrollo acelerado de nuevos componentes.
• Necesidad de cientos de prototipos.
• Pedidos mínimos incompatibles con la demanda.
• Herramentales que todavía no están disponibles.
• Cambios frecuentes de ingeniería.
• Riesgo de interrupción en la cadena de suministro.
• Dispositivos personalizados para la planta.
• Piezas de bajo volumen y alto valor.
• Necesidad de producción puente.
• Geometrías difíciles de fabricar convencionalmente.

No todas las piezas automotrices deben producirse mediante impresión 3D.

Sin embargo, la tecnología puede complementar procesos convencionales y mantener los proyectos en movimiento durante etapas críticas.

Más que prototipado rápido

Brose comenzó utilizando impresión 3D para desarrollo de producto, pero amplió su aplicación hacia manufactura, mantenimiento y producción final.

La evolución fue posible porque la empresa dejó de evaluar la tecnología únicamente como una herramienta para modelos preliminares.

Cada aplicación se analizó de acuerdo con el problema que debía resolver:

• Falta de piezas para pruebas.
• Pedidos mínimos excesivos.
• Programación tardía de robots.
• Daños en estaciones.
• Espera de herramentales.
• Cambios urgentes solicitados por clientes.

Este enfoque permitió integrar la manufactura aditiva donde podía generar un beneficio medible.

Conclusión

El caso de Brose demuestra que la impresión 3D SLA y SLS puede integrarse en diferentes niveles de la producción automotriz.

La empresa utiliza SLA para fabricar prototipos, amortiguadores flexibles y dispositivos de gran formato que permiten programar robots de soldadura en cuestión de horas.

Con SLS, Brose produce ensambles funcionales, auxiliares de manufactura y series de componentes finales.

Su aplicación más destacada contempla la fabricación de 250,000 clips para asientos del BMW X7, con 1,440 piezas por cámara y una capacidad mensual de 16,000 unidades.

La manufactura aditiva no reemplazó todos los procesos convencionales de Brose. Se convirtió en una tecnología complementaria para reducir tiempos, cubrir periodos de transición y responder con mayor flexibilidad a las necesidades de los fabricantes automotrices.

En Shift 3D ayudamos a empresas del sector automotriz a integrar soluciones Formlabs SLA y SLS para prototipado, dispositivos de manufactura, producción puente y componentes finales.

Nuestro equipo puede ayudarte a evaluar el volumen, la geometría, el material y el flujo de postprocesado necesarios para implementar manufactura aditiva dentro de tu operación.