Porsche imprime en 3D su primera carcasa completa para un accionamiento eléctrico

La impresión 3D abre nuevas oportunidades en el desarrollo y fabricación de piezas de bajo volumen. Porsche está impulsando el uso de la manufactura aditiva para la optimización de piezas sometidas a grandes esfuerzos. Hace unos meses, unos pistones impresos demostraron su eficacia en el deportivo de alto rendimiento 911 GT2 RS. Ahora, la carcasa para un accionamiento eléctrico completo desarrollada cumple con los requisitos de alta calidad. En la misma carcasa del motor eléctrico también está integrada la caja de cambios de dos velocidades. Este enfoque altamente integrado está diseñado para su uso en el eje delantero de un automóvil deportivo.

“Esto demuestra que la manufactura aditiva con todas sus ventajas también es adecuada para componentes más grandes y sometidos a grandes esfuerzos en coches deportivos eléctricos”, comenta Falk Heilfort, director de proyectos del departamento de desarrollo avanzado del tren motriz en el centro de desarrollo de Porsche en Weissach.

Los ingenieros del departamento de desarrollo avanzado pudieron llevar a cabo varios pasos de desarrollo a la vez con el prototipo. La carcasa de aleación fabricada de forma aditiva es más ligera que una pieza de fundición convencional y reduce el peso total de la transmisión en aproximadamente un 10 %. Gracias a estructuras especiales que solo son posibles con la impresión 3D, la rigidez en áreas muy sometidas a tensiones se ha duplicado. Otra ventaja de la fabricación aditiva es el hecho de que se pueden integrar numerosas funciones y piezas. Esto reduce considerablemente el trabajo de montaje y beneficia directamente la calidad de la pieza.

“Nuestro objetivo era desarrollar un accionamiento eléctrico con potencial para la manufactura aditiva, al mismo tiempo integrando tantas funciones y piezas como fuera posible en la carcasa del accionamiento, ahorrando peso y optimizando la estructura”, dice Falk Heilfort.

La optimización del accionamiento eléctrico comenzó con la integración del diseño de componentes como cojinetes, intercambiadores de calor y suministro de aceite. A esto siguió la definición calculada por computadora de cargas e interfaces. La determinación de las trayectorias de carga tuvo lugar luego sobre esta base. El siguiente paso en el método de desarrollo virtual fue la optimización de las rutas de carga mediante la integración de las llamadas estructuras de celosía. Estas estructuras se inspiran en la naturaleza y también se pueden ver de forma similar en huesos o plantas, por ejemplo.

Sin embargo, la mayor libertad de diseño que ofrece la impresión 3D también va de la mano con requisitos de diseño específicos. Estos incluyen que los ingenieros tengan en cuenta el hecho de que las piezas de trabajo se producen capa a capa por fusión. Si hay grandes protuberancias en la forma, es posible que deban planificarse elementos de soporte como nervaduras. Por tanto, es importante tener en cuenta la dirección en la que se construyen las capas en la fase de diseño. Con la tecnología actualmente disponible, la impresión del primer prototipo de carcasa tomó varios días y tuvo que realizarse en dos procesos de construcción debido al tamaño del componente. Con las últimas generaciones de máquinas, es posible reducir este tiempo en un 90 % y la carcasa completa se puede fabricar en un solo proceso de construcción.

La rigidez se incrementó significativamente al mismo tiempo. A pesar de un espesor de pared continuo de solo 1,5 milímetros, la rigidez entre el motor eléctrico y la caja de cambios aumentó en un 100 % debido a las estructuras de celosía. La estructura de panal reduce las oscilaciones de las paredes delgadas de la carcasa y, por tanto, mejora considerablemente la acústica del convertidor en su conjunto. La integración de piezas hizo que la unidad de transmisión fuera más compacta, mejoró significativamente el paquete de transmisión y redujo el trabajo de montaje en alrededor de 40 pasos de trabajo. Esto equivale a una reducción del tiempo de producción de aproximadamente 20 minutos.

Un beneficio adicional: la integración del intercambiador de calor de la caja de cambios con una transmisión de calor optimizada mejora la refrigeración del accionamiento en su conjunto. Este es un requisito básico para seguir mejorando el rendimiento.