Nueva tecnología de aluminio reduce el peso del coche eléctrico de lujo

Hacer que los automóviles sean más livianos, más eficientes energéticamente y más seguros es un desafío para toda la industria automotriz. El fabricante estadounidense de automóviles eléctricos Lucid Motors eligió una tecnología nueva e innovadora para abordar el desafío.

Lucid Air, lanzado en 2021, utiliza varios componentes livianos únicos hechos de aluminio de alta resistencia formado en caliente, diseñados, fabricados e industrializados en colaboración con AP&T y fischer Group.

“Estamos muy orgullosos de tener la oportunidad de contribuir a la realización de este fantástico coche. Lucid Motors se encuentra entre los primeros fabricantes de automóviles del mundo en utilizar componentes de aluminio de alta resistencia moldeados en caliente fabricados con nuestra tecnología. Esto hace que su éxito también sea un hito importante para nosotros”, afirmó el Dr. Christian Koroschetz, director de ventas de AP&T.

En 2015, Lucid buscó tecnología de vanguardia para la fabricación de estampados críticos para accidentes, como anillos de puertas, refuerzos de pilar B y componentes de protección de baterías. Se comunicaron con AP&T.

Un desafío apasionanteLucid presentó a AP&T varias piezas y requisitos de procesos, impulsando al equipo hacia procesos nuevos y avanzados, que en última instancia producirían productos de bajo peso, alta formabilidad, resistencia y ductilidad en grandes volúmenes.

En ese momento, AP&T estaba profundamente involucrada en proyectos de innovación orientados a investigar cómo se podría utilizar el aluminio de alta resistencia para producir componentes de carrocería de bajo peso y alta resistencia. Como resultado directo de estos proyectos, Lucid seleccionó a AP&T como proveedor de Lucid Air.

“AP&T presentó una nueva tecnología prometedora. Los beneficios potenciales fueron significativos porque el conformado en caliente permitió la fabricación de geometrías de piezas complejas con aluminio de alta resistencia. Gracias a la combinación de alta conformabilidad, alta resistencia y bajo peso, el diseño de los componentes realmente pudo optimizarse. Esto permitió que el espacio del paquete de servicios públicos se utilizara de manera más eficiente y lograra un alto nivel de seguridad contra colisiones y un bajo consumo de energía, todo para beneficiar al cliente final”, dijo Eric Bach, vicepresidente senior de producto e ingeniero jefe de Lucid.

Desarrollo de la solución: simulaciones y herramientas prototipo. Durante 2017, se aceleró el trabajo de desarrollo, con el uso de análisis de ingeniería asistidos por computadora. Los expertos en conformado de AP&T ejecutaron simulaciones de conformado de chapa metálica FEM, que predicen posibles riesgos de grietas y arrugas que podrían ocurrir durante el proceso de conformado. Los ingenieros de Lucid aprovecharon los comentarios de estas simulaciones para iterar en el diseño de los componentes de la carrocería del automóvil.

Ese mismo año, AP&T presentó la primera línea de producción a gran escala de aluminio de alta resistencia conformado en caliente para demostrar el potencial de la nueva tecnología. La innovación recibió el prestigioso premio Altair Enlighten. Este reconocimiento confirmó que AP&T estaba en el camino correcto y dio un impulso adicional a la colaboración con Lucid Motors.

En 2019 y 2020 se realizaron pruebas para validar la solidez del proceso y desarrollar datos de prueba. Si bien el diseño del componente es vital para cumplir con los requisitos de colisión de la carrocería, la resistencia, el alargamiento, el material y el patrón de plegado en caso de colisión también desempeñan un papel fundamental. Los ingenieros de materiales y diseñadores de carrocerías de Lucid colaboraron con los ingenieros de procesos de chapa metálica de AP&T e identificaron los materiales ideales para cumplir con el rendimiento requerido de los componentes.

En la línea de pruebas de AP&T en Ulricehamn, Suecia, se llevaron a cabo numerosas pruebas de diferentes aleaciones de aluminio de alta resistencia de varios proveedores. El equipo implementó los parámetros recomendados por estos proveedores de materiales en el proceso de producción. Fue durante esta fase del proyecto que se definieron los parámetros óptimos del material, el proceso de estampado y el tratamiento térmico. La solidez del proceso se validó mediante un estudio experimental intensivo que incluyó pruebas de materiales en los laboratorios de pruebas de los proveedores y pruebas importantes de componentes realizadas por los ingenieros de materiales de Lucid. Los ingenieros de desarrollo de Lucid revisaron los modelos de materiales y fallas, que son necesarios para ejecutar simulaciones de accidentes FEM. Lucid recibió muestras de prueba extraídas de piezas estampadas terminadas, que pasaron por toda la ruta del proceso en la línea de producción de AP&T, para calibrar los modelos.

Después de seleccionar los materiales de mejor rendimiento, AP&T proporcionó los prototipos de troqueles. Se estamparon piezas prototipo en la línea de producción de AP&T para construir el prototipo Beta y los automóviles Release Candidate (RC) de Lucid, que fueron sometidos a rigurosas pruebas a nivel de vehículos y componentes de Lucid. Se cumplieron las expectativas, lo que le dio a AP&T la confianza para seguir adelante y centrarse en la industrialización de la tecnología.

“Gracias al uso de los modelos de simulación de conformado de chapa metálica FEM de AP&T, se habilitaron capacidades de producción en un período de tiempo realmente corto. Fue posible acortar enormemente el tiempo de prueba de la herramienta utilizando los modelos de simulación que se habían optimizado en varios proyectos de investigación. Como resultado, AP&T podría proporcionar varios troqueles de producción en un período de tiempo realmente corto", afirmó el Dr. Michael Machhammer, gerente de desarrollo de procesos de conformado y herramientas de AP&T.

Producción a gran escala: el grupo fischer participa en la colaboración Ahora surgió la pregunta de quién se encargaría de la producción de componentes a gran escala. Apoyándose en los éxitos pasados ​​y en la larga relación de trabajo, AP&T recomendó al Grupo fischer como socio de fabricación para ayudar a satisfacer las demandas de producción de Lucid.

“Nuestra relación con AP&T se remonta a 20 años y frecuentemente intercambiamos ideas innovadoras sobre procesos de conformado con su equipo de I+D. Hace unos cinco o seis años, AP&T presentó los beneficios del aluminio conformado en caliente, lo que despertó nuestro interés en profundizar en la tecnología. Buscamos constantemente nuevas áreas y aplicaciones para aportar nuestro conocimiento en el conformado basado en herramientas y nuestra experiencia como proveedores de la industria del automóvil. Esto nos dio la oportunidad de hacer precisamente eso”, afirmó el Dr. Ing. Stefan Geißler, director general de fischer Hydroforming y director de cuentas clave para la colaboración con AP&T y Lucid.

Con todos los socios adecuados, AP&T y el Grupo fischer comenzaron a planificar la producción industrial de los componentes de Lucid en las instalaciones de fischer en Achern, en el sur de Alemania. Si bien AP&T trasladó su prensa servohidráulica y sus herramientas existentes a Achern, la producción en sus instalaciones de Ulricehamn comenzó inmediatamente durante este período de transición, lo que permitió que el proyecto mantuviera su rumbo.

Lucid y AP&T también trabajaron estrechamente con fischer para modificar aspectos de los parámetros del tratamiento térmico para garantizar que los componentes estuvieran dentro de las especificaciones y al mismo tiempo permitieran una gran capacidad de volumen.

“AP&T y nuestro equipo hicieron un trabajo fantástico juntos. En abril de 2021, habíamos aumentado la velocidad para producir 1.500 juegos de componentes de anillos de puertas, pilares B y cubiertas de baterías para Lucid Air en Ulricehamn", afirma Thorsten Junge, director de desarrollo comercial de fischer Hydroforming.

Paralelamente se llevó a cabo un proyecto intensivo en las instalaciones de Achern para preparar la instalación de la nueva línea y equipos auxiliares como los de recorte, envejecimiento y limpieza en 3D. Se construyó un edificio industrial nuevo para hacer espacio.

“También supervisamos la adquisición de materia prima. Aunque fue un desafío, el resultado final fue un éxito y la línea se transfirió de Ulricehamn a Achern durante el verano y se puso en servicio en diciembre de 2021”, dijo Junge.

El futuro de la movilidad sostenibleCuando Lucid Air, uno de los automóviles eléctricos técnicamente más sofisticados del mundo, comenzó a entregar a los clientes en octubre de 2021, hubo buenas razones para celebrar no solo en la sede global de Lucid en Newark, California, sino también en Achern y Ulricehamn.

La colaboración entre Lucid, AP&T y el Grupo fischer fue un gran éxito: una tecnología innovadora y prometedora se transformó en una solución comercialmente viable. Esta solución abre oportunidades para toda la industria automovilística a la hora de reducir el peso y mejorar la seguridad.

Tras el exitoso lanzamiento, Lucid Air ha seguido teniendo una gran demanda, lo que solo ha servido para aumentar la demanda de componentes de aluminio de alta resistencia formados en caliente.

"Ahora es cuestión de optimizar aún más el proceso de producción y aumentar los volúmenes de producción, lo que también tendrá un impacto positivo en el resultado final", dijo Robert Walton, director de compras de Lucid.

Para satisfacer las necesidades de Lucid, fischer tiene planes de largo alcance para comenzar a fabricar piezas de aluminio de alta resistencia utilizando tecnologías innovadoras de conformado de aluminio cerca de las instalaciones de Lucid en Casa Grande, Arizona.

"Es sorprendente ser parte del emocionante viaje de Lucid y saber que nuestras tres empresas podrían trabajar juntas para hacer realidad la primera aplicación a escala industrial de esta tecnología de conformado en el mundo", dijo Stefan Geißler.

“Como socio establecido de muchos actores de la industria automotriz, estamos permitiendo el desarrollo de un sector de transporte más sostenible con vehículos más seguros y energéticamente más eficientes que tienen un menor impacto ambiental. Esta vez lo hacemos con tecnología innovadora en colaboración con un fabricante de automóviles con visión de futuro. Eso es enorme”, afirmó Christian Koroschetz.

Sustancias que tienen propiedades metálicas y están compuestas por dos o más elementos químicos de los cuales al menos uno es un metal.

Aluminio que contiene cantidades específicas de elementos de aleación añadidos para obtener las propiedades físicas y mecánicas necesarias. Las aleaciones de aluminio se dividen en dos categorías: composiciones forjadas y composiciones de fundición. Algunas composiciones pueden contener hasta 10 elementos de aleación, pero sólo uno o dos son los elementos de aleación principales, como cobre, manganeso, silicio, magnesio, zinc o estaño.

Funciones de ingeniería realizadas con la ayuda de computadoras y software especial. Incluye funciones como determinar la capacidad de un material para resistir tensiones.

Capacidad de un material para doblarse, formarse o estirarse sin romperse. Medido por alargamiento o reducción de área en una prueba de tracción o por otros medios.

En los ensayos de tracción, el aumento en la longitud calibrada, medido después de la fractura de la muestra dentro de la longitud calibrada, generalmente se expresa como un porcentaje de la longitud calibrada original.

Tira o bloque de material rectificado con precisión que se utiliza para elevar una pieza de trabajo, manteniéndola paralela a la mesa de trabajo, para evitar el contacto entre la cortadora y la mesa.