Aerodinámica activa, integración funcional y diseño atractivo: optimización multiobjetivo con impresión 3D

• Qué se necesitaba: Un sistema de alerón trasero activo
• Método de fabricación: Sinterización selectiva por láser con polvo SLS
• Requisitos: Pieza compleja, bajo coeficiente de fricción, peso reducido, tiempo y costes de diseño reducidos
• Material: iglidur I3
• Sector: Automoción
• Beneficios para el cliente: Ahorro significativo de tiempo, reducción de costes, la estructura de la pieza muy compleja puede imprimirse en una sola operación

Breve descripción de la aplicación:
El concepto «WING3D» del proyecto de investigación OptiAMix es un sistema de alerón trasero que permite una aerodinámica activa mediante la impresión en 3D. Los alerones traseros fabricados mediante procesos tradicionales no permitían, entre otras cosas, la integración de un sistema hidráulico en el soporte. La interacción entre diferentes materiales, incluyendo el aluminio y los polímeros iglidur optimizados tribológicamente, confiere al sistema un innovador modo de funcionamiento para el movimiento del alerón trasero, al tiempo que aumenta su resistencia al desgaste.

Los cojinetes de fricción de alta complejidad hechos de iglidur I3 hacen posible un funcionamiento de baja fricción y libre de mantenimiento (copyright: EDAG Engineering GmbH)

Problema

El proyecto de investigación OptiAMix del Grupo EDAG con igus GmbH tenía como objetivo desarrollar un alerón trasero ajustable que cambia de posición en función de la dinámica de conducción del coche. El ajuste del alerón activo requiere componentes resistentes al desgaste con un bajo coeficiente de fricción. Se necesitaba un material robusto para que hubiera suficiente espacio para el sistema hidráulico integrado. Con los procesos de fabricación convencionales, la implementación de los componentes ligeros altamente complejos que se requieren para ello era difícilmente factible, ya que la planificación y la producción de estos componentes son demasiado largas y costosas.

Solución

Sin embargo, la impresión 3D permite diseñar e imprimir cada pieza de forma que sea totalmente funcional y visualmente atractiva. Al mismo tiempo, se puede utilizar una gran variedad de materiales, lo que permite imprimir componentes ligeros a medida. Al utilizar cojinetes impresos de iglidur I3, un plástico optimizado tribológicamente de igus, el sistema de alerones traseros puede funcionar con una fricción y un mantenimiento significativamente menores que con un plástico común. El polímero de alto rendimiento tiene una resistencia a la abrasión hasta 30 veces superior a la de los materiales convencionales de sinterización por láser y es el material perfecto para ajustar el alerón. A diferencia de los métodos de producción como el fresado o la inyección, pudo realizarse el complejo interior de la pieza mediante la impresión 3D de forma fácil y rápida, en una sola pieza.

Sin mantenimiento gracias a los insertos de cojinetes de fricción impresos en 3D

Para el sistema del alerón trasero se utilizaron cojinetes de fricción impresos en 3D. La gran ventaja del procedimiento es la rapidez en la impresión de componentes y la variedad de materiales que no podrían utilizarse tan fácilmente en los procesos de fabricación convencionales. La forma especial y el diseño interior complejo pueden producirse en una sola pieza con la fabricación aditiva. Esto reduce los costes y hace que la producción sea eficiente. Para un sistema de alerón activo, es esencial que los movimientos se realicen con la menor fricción posible. El departamento de impresión 3D de igus fabrica los cojinetes de fricción a partir de iglidur I3, un polímero especialmente desarrollado que les confiere una gran resistencia al desgaste y una baja fricción. Las piezas autolubricantes tampoco necesitan mantenimiento, una gran ventaja para el alerón activo.

Un ajuste de baja fricción a la situación de conducción no es un problema con los cojinetes de fricción de iglidur I3.

Altos requisitos de diseño con plena funcionalidad

Se fabricó un soporte biónico de aluminio para el alerón y su sistema hidráulico integrado. Este último alcanza hasta 90 bares de presión de aceite por el movimiento del pistón, lo que permite un ajuste del ángulo sin escalas de 6° a 42°. En el soporte se ha instalado un cable eléctrico para el sensor de detección de posición y ángulo, lo que permite que el alerón se ajuste activamente a la situación de conducción. También está prevista una función de frenado, complementada por una luz de freno LED en el soporte. También se utilizaron cojinetes de fricción impresos en 3D para reducir la fricción. Todos los componentes para los que se ha utilizado la fabricación aditiva se adaptan con precisión a los demás componentes sin comprometer la función ni la estética: una fantástica interacción de forma y función que lleva la impresión 3D a un nuevo nivel de diseño.

Diseño y funcionalidad de alto nivel a través de la impresión 3D (Copyright: EDAG Engineering GmbH)

Sistema activo sin sacrificios gracias a iglidur I3

iglidur I3 fue desarrollado específicamente para el sinterizado láser, y su resistencia a la abrasión es hasta 30 veces mayor que la de los materiales convencionales para el sinterizado láser. Los lubricantes sólidos integrados en el plástico optimizan las propiedades de deslizamiento de las piezas, garantizando una vida útil especialmente larga en una serie de ámbitos de aplicación. iglidur I3 proporciona al sistema activo el plástico perfecto de alto rendimiento que necesita para combinar forma y función. Las piezas autolubricantes del proceso de fabricación aditiva garantizan un ajuste de baja fricción y sin mantenimiento en los puntos de apoyo del alerón. Esto proporciona una durabilidad del sistema que sería imposible en este momento con otros plásticos.

Polvo de iglidur I3 para impresión SLS