A General Motors percorreu um longo caminho desde o seu início, há mais de um século, mas uma coisa permaneceu constante: o seu espírito inovador e pioneiro. Ao longo dos anos, a empresa demonstrou o seu compromisso não apenas em permanecer no topo das tendências automotivas, mas também em ser pioneira nelas.
Em 1920, a empresa desenvolveu um sistema revolucionário de pintura em laca para carros, que reduziu com sucesso o tempo de produção de semanas para menos de um dia. Em 1963, a empresa inventou o primeiro dispositivo de controle de emissões, que rapidamente se tornou padrão em toda a indústria automóvel. Na década de 1970, a GM tornou-se a primeira empresa a instalar airbags salva-vidas nos seus veículos. A lista continua. E hoje, a missão da GM de impulsionar a indústria automotiva continua com o Cadillac CELESTIQ, previsto para 2024. Talvez em nenhum lugar isso seja mais evidente do que quando olhamos para o uso inovador e inovador da fabricação aditiva pela empresa, não apenas no desenvolvimento de produtos. e manufatura, mas também produção.
A impressão 3D está no radar da General Motors desde o final da década de 1980 como uma solução de prototipagem rápida e, nos últimos anos, a exploração e a adoção de vários processos de fabricação aditiva pela empresa realmente decolou. Basta olhar para um dos veículos mais recentes da empresa, o Cadillac CELESTIQ, de US$ 340 mil, para entender até onde ele chegou. O novo carro, supostamente “o Cadillac mais avançado tecnologicamente de todos os tempos”, é descrito como um “veículo carro-chefe feito à mão, totalmente elétrico e ultraluxuoso”. Além disso, inclui mais de cem componentes de produção impressos em 3D.
O Cadillac CELESTIQ integra 115 componentes impressos em 3D de metal e polímero, incluindo um volante de fusão de leito de pó de laser de metal (LPBF), interruptores de janela impressos em 3D, alças, peças decorativas e argolas D estruturais para cintos de segurança, que detém o título de GM primeira peça relacionada à segurança impressa em 3D. Não é nenhuma surpresa que o novo veículo de baixo volume represente a mais ampla integração de peças de produção impressas em 3D para a GM. E queríamos entender como a empresa chegou lá; como ela buscou AM com tanto sucesso e para onde está indo com a tecnologia.
Brennon White, especialista em tecnologia em design e fabricação de aditivos da General Motors, generosamente nos contou como a fabricação aditiva se encaixa na visão mais ampla da GM e como está ajudando a moldar o desenvolvimento e a produção de veículos da empresa.
Um esforço de toda a empresa
Brennon White tem mais de duas décadas de experiência na indústria automotiva. Ele passou anos trabalhando em um fornecedor Tier 1 especializado em assentos, onde se interessou pelo potencial da fabricação aditiva. A partir daí, ingressou na GM em 2015, onde manteve seu forte interesse e crença na tecnologia. “Na GM, comecei no grupo de assentos. Enquanto estive lá, comecei a fazer esse tipo de trabalho de base para descobrir qual era a estrutura de AM na GM”, explica. “E comecei a encontrar outras pessoas que estavam fazendo a mesma coisa. Eventualmente, a liderança ficou sabendo do que estávamos fazendo e a partir daí formamos um grupo.”
Isso foi há cinco anos. Hoje, este grupo AM não só ajudou a difundir a consciência da tecnologia nas várias divisões da GM, como também fez avanços reais na forma como o processo de fabrico é utilizado. “Tudo começou conosco tentando mudar a maneira como pensávamos sobre os aditivos na GM e evoluiu para realmente tentar mudar a maneira como víamos isso do ponto de vista da produção”, acrescenta Brennon. “Desde pensar em como industrializar a tecnologia até agora começar a avançar e impulsionar a indústria AM a fazer as coisas um pouco mais alinhadas com as necessidades automotivas. Essa tem sido a nossa jornada e eu adoro isso: é para isso que estou aqui e estamos começando a fazer coisas muito legais.”
De acordo com Brennon, a GM em geral tem sido incrivelmente receptiva à fabricação aditiva como uma nova metodologia de produção, e o amplo apoio que seu grupo AM recebeu foi vital para o seu sucesso. “Para que uma empresa realmente progrida na aplicação da AM, é fundamental que todos os níveis da empresa possam ter propriedade sobre ela. Temos grandes benfeitores a nível executivo, até ao Presidente Mark Reuss. Por exemplo, quando lançamos recentemente o CELESTIQ, ele falou sobre AM e sorriu de orelha a orelha. É uma tecnologia interessante e a empresa sabe que podemos fazer mais com ela do que fazemos hoje. Então nós temos esse apoio.
“É ainda mais profundo do que isso: você precisa de uma liderança que realmente absorva e entenda o aditivo para realmente desafiar as equipes a pensar nisso como uma solução viável”, continua ele. “Nosso engenheiro-chefe Tony Roma é incrível nessa frente. Ele sempre indica engenheiros para mim e minha equipe para ver se o aditivo poderia ser uma solução benéfica e o caminho certo a seguir.” Em outras palavras, AM está sempre disponível como uma solução potencial. O grupo de aditivos da GM trabalha em estreita colaboração com as equipes de produção e fabricação para identificar onde a tecnologia pode oferecer benefícios econômicos e de desempenho.
A economia de tudo
O Cadillac CELESTIQ é uma prova de que esta dinâmica unida está funcionando. Ao combinar os esforços de vários departamentos e alavancar o conhecimento do grupo AM, a gigante automóvel criou um novo veículo muito interessante, elétrico e, o mais importante, de baixo volume. Este aspecto do veículo é fundamental para a sua adequação para AM.
“Um dos maiores desafios da produção aditiva é encontrar um bom alinhamento econômico entre a tecnologia e a sua utilização”, explica Brennon. “Há tantas coisas fora da fabricação em si que você precisa pensar, como despesas gerais, custos de gerenciamento de programas e muito mais. Quando você produz em grande volume, esses custos são amortizados. Mas em volumes baixos, como o que estamos fazendo no CELESTIQ, esses custos podem se tornar uma grande fatia do bolo.”
O aditivo oferece uma oportunidade de atingir volumes baixos e, ao mesmo tempo, contornar muitos desses custos. “Na GM, tendemos a olhar primeiro para a economia e, se passarem no teste de detecção, podemos começar a usar aditivos”, diz ele. “No CELESTIQ temos 115 peças fabricadas com aditivo. Temos metais (alumínio e aço inoxidável) e polímeros (incluindo dois tipos de náilon e polipropileno). Esses diferentes materiais e os processos que usamos para alinhá-los com a nossa economia.”
É claro que o aditivo não traz vantagens apenas econômicas quando falamos em escalas de produção de baixo volume. Em alguns casos, são os benefícios de desempenho que inclinam a balança a favor do AM. “Encontramos peças que só podem ser fabricadas com aditivos e pagamos mais por elas. O volante CELESTIQ é um exemplo disso. As peças não são baratas, mas não há melhor maneira de fabricá-las. Analisámos várias formas diferentes de fabricar o acabamento em metal sólido do volante e, no final do dia, a AM forneceu uma solução que os outros não conseguiram.”
Existem até peças que à primeira vista não parecem ter vantagens econômicas, mas depois, após uma inspeção mais detalhada, começam a fazer mais sentido do ponto de vista dos custos. “No espaço dos polímeros, encontramos componentes que inicialmente não fazem sentido quando olhamos para a economia, mas depois de discutir com a equipe do programa, chegamos a uma conclusão diferente”, elabora. “Eles nos disseram que iriam descartar a ferramenta porque se espera que uma peça específica seja alterada, então temos que contabilizar o custo de duas ferramentas. Depois disso, a economia deu certo para AM. Portanto, estamos adotando uma visão holística para garantir que estamos tomando a decisão com base em múltiplos fatores, e não apenas na economia de curto prazo.”
As tecnologias AM por trás do CELESTIQ
Embora a GM utilize uma ampla gama de processos aditivos em seus negócios, existem alguns processos específicos que realmente se destacaram nas aplicações de produção da empresa: jateamento de ligante metálico, LPBF metálico e Multi Jet Fusion da HP.
“As peças metálicas decorativas do CELESTIQ são feitas principalmente com jato de ligante”, diz Brennon. “Essa tecnologia nos permite obter uma melhor dinâmica de custos. Aqui, o pós-processamento foi realmente fundamental porque essa parte deve ter uma ótima aparência. Também projetamos uma argola em D para os cintos de segurança dos motoristas da primeira fila. Quando começamos a observá-los, identificamos a AM como a melhor forma de fabricá-los e, ao longo do seu desenvolvimento, conseguimos abrir muito mais oportunidades graças ao aditivo.
“Por um lado, descobrimos que a peça que estava sendo substituída era, na verdade, parte de uma montagem composta por vários componentes diferentes. Conseguimos redesenhar a peça e consolidar cinco peças em uma. O material de aço que usávamos era muito forte e denso, por isso também conseguimos integrar algumas características ocas para manter a massa baixa. Resumindo, Brennon e sua equipe estavam encontrando maneiras de usar AM que inicialmente não lhes haviam ocorrido para melhorar o desempenho e a capacidade de fabricação da peça.
O volante CELESTIQ, por sua vez, é feito por fusão de leito metálico de pó a laser. A GM optou por utilizar este processo devido à sua fidelidade dimensional e capacidade de tamanho. “O tamanho da peça ajuda um pouco a determinar o processo que usamos”, comenta Brennon. “Essas peças do volante são tão grandes que o LPBF metálico era realmente o único processo que funcionaria corretamente. Sem falar que foi adequado para alcançar a fidelidade que precisávamos para os componentes. A parte de trás do volante tem recursos que vão em todas as direções diferentes, então era impossível fazer um dado por isso.”
Se olharmos para os polímeros, o CELESTIQ integra uma variedade de peças impressas feitas usando a plataforma MJF da HP. “O processo MJF oferece um equilíbrio importante entre funcionalidade mecânica e economia para componentes de veículos”, acrescenta.
Isso não quer dizer que não haja desafios com a tecnologia. “Um obstáculo em toda a indústria AM é a falta de materiais automotivos com capacidade de impacto. Tivemos oportunidades adicionais de usar AM no CELESTIQ, porém, o desempenho do material simplesmente não estava alinhado com nossos padrões de qualidade. Esse desejo por materiais de alto desempenho é compartilhado com outros na indústria automobilística e capturado no roteiro AM do Conselho de Pesquisa Automotiva dos Estados Unidos (USCAR). .”
O outro grande desafio é o tamanho, especialmente na esfera da AM polimérica. “Se a câmara de impressão for muito pequena para uma peça, então teremos que entrar em processos secundários, como a montagem, o que causa muitos desafios diferentes do ponto de vista dimensional e do desempenho conjunto, bem como do ponto de vista da qualidade visual.”
A necessidade de pós-processamento secundário também é um desafio com a AM metálica. Brennon explica: “Estamos tendo que fazer muito trabalho no lado do pós-processamento. Existem soluções padronizadas que estão hoje no mercado, mas elas agregam custos e alongam a cadeia logística, o que começa a diminuir os benefícios da AM, por isso estamos sempre em busca de melhores soluções.”
Uma operação multi-instalações
Você deve estar se perguntando como funciona a produção aditiva da GM: onde as peças são desenvolvidas, onde são fabricadas? Como seria de esperar, a empresa possui diversas instalações diferentes, cada uma com sua especialidade. “Temos uma unidade de P&D que desenvolve ligas e algumas outras especialidades”, explica Brennon. “Temos uma operação de fabricação de projetos que faz protótipos rápidos que ajudam a apoiar a organização do projeto. Temos a facilidade de ensinar nossos milhares de engenheiros a pensar e usar AM. E então temos as instalações do nosso grupo, o Centro de Industrialização de Aditivos (AIC).
O AIC abrange mais de 15.000 pés quadrados e foi inaugurado em 2020 com o objetivo de industrializar a fabricação aditiva no segmento automotivo, “levando as máquinas ao limite” e trabalhando com OEMs de impressoras 3D para melhorar seus sistemas para as necessidades automotivas.
No Centro Técnico Global em Warren, Michigan, onde o CELESTIQ está sendo fabricado, a fabricação aditiva também encontrou um papel importante. As peças impressas em 3D de produção estão sendo enviadas para montagem e uma variedade de ferramentas AM são utilizadas para montar e produzir este veículo sob medida.
Na GM, o futuro do setor automotivo é aditivo
Com a entrada em produção do Cadillac CELESTIQ prevista para dezembro de 2023, o futuro dos aditivos na produção automotiva parece brilhante. Brennon concorda. “Vejo muitas oportunidades. Na GM, estamos tentando ajudar a indústria AM a apreciar o que precisaremos no futuro, e vejo uma adoção crescente da tecnologia. Vejo mais utilização da produção e vejo AM auxiliando mais nas operações de pré-produção.”
Recentemente, em novembro passado, a General Motors (GM) adquiriu a Tooling & Equipment International (TEI), uma empresa responsável por ajudar a Tesla a desenvolver seu ‘gigacasting‘, um método de impressão 3D em areia para produzir grandes peças de carrocerias de automóveis em uma única peça, para ‘ menos de US$ 100 milhões’.
A aquisição da TEI pela GM sinaliza a sua intenção de fabricar automóveis de forma mais acessível e eficiente. Esta mudança ocorre no momento em que a Tesla pretende lançar um veículo elétrico (EV) de US$ 25.000 e planeja produzir milhões de EVs acessíveis na próxima década. Com a TEI agora sob a gestão da GM, a Tesla está a confiar mais nos seus outros parceiros de fundição por impressão 3D em areia na Grã-Bretanha, Alemanha e Japão, ao mesmo tempo que também procura um novo especialista em fundição em areia ou desenvolve esse conhecimento internamente para reduzir a dependência de fornecedores externos.
“Em nossa jornada até agora – continua Brennan – nos concentramos principalmente em encontrar aplicações e descobrir como fazê-las funcionar. Agora, chegamos a um ponto em que começamos a padronizar muitos desses aprendizados para que possamos aplicá-los a outras aplicações e produtos. Temos outros veículos e produtos – como variantes de baixo volume e níveis de acabamento – onde podemos pegar o que aprendemos com o CELESTIQ e traduzi-lo e implementá-lo em uma metodologia muito mais eficiente.”
Brennon também acredita que os aditivos abrirão caminho para mais oportunidades de baixo volume na indústria automotiva. “Vejo que estamos melhorando na capacidade de produzir volumes baixos e estamos continuamente em busca de aplicações mais transformadoras. Há muito espaço para aproveitar o poder da AM, especialmente à medida que nos aproximamos do amplo uso de tecnologias como baterias e veículos autônomos, que podem exigir uma peça de desempenho superior em comparação com o que usamos para motores de combustão. A Additive vai nos ajudar muito nesta área e já estou vendo oportunidades significativas à medida que nos aprofundamos nessa área.”
Se passarmos rapidamente ao tema da produção em massa, a GM também está a fazer bons progressos. “Há lugar para AM na produção em massa, especialmente para peças menores”, diz Brennon. Por exemplo, a GM imprimiu recentemente 60.000 unidades de um selo de polímero para seus caminhões SUV.
Essas peças funcionaram como uma solução ponte e permitiram que a empresa cumprisse seu cronograma de produção sem atrasos. “Conseguimos atingir 60.000 peças em poucas semanas e não paralisamos a produção. Essas soluções de ponte são algo que consideramos uma solução viável no futuro, especialmente se conseguirmos obter as propriedades mecânicas que procuramos. Também nos torna mais ágeis e mais adaptáveis como organização.”
Em última análise, o CELESTIQ representa o culminar de trabalho árduo e de uma curiosidade genuína sobre como implementar AM de forma benéfica. Mas o veículo também representa uma espécie de começo, mostrando que na GM o aditivo sem dúvida chegou.
“Fiquei muito feliz com a forma como a GM permitiu que nosso grupo jogasse”, conclui Brennon. “E digo brincar porque somos todos entusiastas: estamos aprendendo uns com os outros, estamos desenvolvendo tecnologias em um ritmo incrível, e sinto que estamos chegando a um ponto onde não apenas entendemos que estamos estamos indo na direção certa, mas estamos nos esforçando para fazer algo que realmente mudará a forma como fazemos negócios no futuro”. Para saber mais sobre o CELESTIQ acesse o site.
Para continuar por dentro das principais notícias do mundo da impressão 3D acesse o nosso site.
