El papel de la impresión 3D en el desarrollo de coches eléctricos

Los tiempos avanzan y la sociedad evoluciona y se adapta a los nuevos cambios. Ocurre algo similar con la tecnología, hace poco más de una década no nos podíamos ni imaginar la tecnología que tenemos a día de hoy al alcance de nuestra mano. Esto se plasma en nuestro día a día, desde nuevos inventos como la “air fryer” o drones con seguimiento facial para hacer video reportajes, hasta avances en tecnología ya existente como el 5G o la impresión 3D. Pero, hay un avance en particular en la sociedad al que nos hemos adaptado y acostumbrado, esto son los coches eléctricos.

Este tipo de coches, motos y hasta furgonetas, se han convertido en toda una tendencia. Sus bajas emisiones acompañadas del coste de rellenar un depósito son, entre otras cosas, un atractivo para los consumidores. Inicialmente, comenzaron como una tecnología de la que se llegaba a dudar. Pero, a día de hoy, un gran porcentaje de coches que circulan por las calles del mundo son híbridos o eléctricos. Como hemos comentado al inicio, la tecnología no se detiene en su evolución, y por eso la impresión 3D ya está llegando de la mano de varias marcas y proyectos a los coches eléctricos.

En esta gráfica se puede observar el porcentaje de vehículos eléctricos de varios países europeos. (Créditos: electromaps)

¿Por qué usar coches eléctricos?

Hay diversas razones por las que las personas deciden adquirir un vehículo eléctrico, sobre uno de gasolina o diésel. Por un lado, se encuentran aquellos conductores que deciden tomar medidas y responsabilizarse con el medio ambiente. Algo que todos conocemos es que las emisiones de un vehículo eléctrico son nulas, de manera que este tipo de conductores apoya la sostenibilidad. Por otro lado, encontramos aquellos que piensan en su bolsillo. Un coche eléctrico es una gran inversión inicial, pero, a la larga es muy rentable dado el bajo coste que requiere el uso del EV (Electric Vehicle). Por último, hay personas que se ven forzadas a adquirir uno de estos coches por razones como las restricciones. Un ejemplo son los conductores que quieran circular por el centro de ciudades como Madrid, a los que se les exige tener un vehículo que expulse nulas o muy bajas emisiones. 

A pesar de que una gran parte de las personas creen que lo que ellos denominan la “moda” de los vehículos eléctricos es solamente palabras vacías, existen cifras que evidencian la creciente tendencia y uso de este tipo de coches. En estos números, se observa que, en los diez últimos años, el número de vehículos eléctricos matriculados en España ha crecido más de un 100%, pasando de casi 1.500 unidades en 2013 a casi 126.000 en este pasado año. Dejando más clara aún la evidencia del incremental uso de los EV, cabe mencionar que en los dos últimos años se han vendido 25 millones de unidades a escala global.

Inicios de la impresión 3D en EV

La impresión 3D en el sector de la automoción dio sus primeros pasos hace alrededor de diez años. Todo comenzó cuando los llamados makers, personas que tienen impresoras 3D en casa y crean sus propios modelos caseros, comenzaron a diseñar pequeñas piezas de customización para sus vehículos. Algunos de ellos incorporaban pequeños accesorios de diseño o hasta algunas piezas de poca relevancia de la estructura de los coches.

Strati, el primer coche eléctrico impreso en 3D (Créditos: Car and Driver)

De cualquier manera, no fue hasta 2014 en el International Manufacturing Technology Show de Chicago (IMTS) cuando se imprimió por primera vez un coche en su totalidad con una impresora 3D. Se trata de Strati, un pequeño vehículo eléctrico de dos plazas con un estilo similar a los buggies de playa producido por Local Motors. Este coche pasó inadvertido en la mayoría de los medios de comunicación globales a pesar de ser una primicia. A diferencia de otros coches impresos en 3D, Strati contaba con tan solo 49 piezas y fue impreso en menos de 48 horas. Además, contaba con poco menos de 200 km de autonomía, por lo que a pesar de que se habló de producirlo en serie en 2015, no llegó a ser un éxito.

Años más tarde, en 2018, fue presentado el coche que a día de hoy conocemos como XEV YOYO , pero en su momento era conocido como LSEV. Diseñado por X Electrical Vehicle (XEV) y fabricado en colaboración con Polymaker, este pequeño vehículo puede imprimirse en apenas 3h y cuenta con tan solo 57 piezas. Fue lanzado al mercado en 2019, y la que en su momento era una pequeña empresa, a día de hoy tiene concesionarios por muchos lugares del mundo y venden miles de vehículos anualmente.

Si echamos la vista atrás cinco años, nos damos cuenta de que la impresión 3D en el mundo de la automoción no estaba realmente integrada. Hasta esta fecha se conocían algunos pequeños vehículos eléctricos impresos en 3D, como es el caso del KILO Design o del 4ekolka. También se usaban estas tecnologías para la restauración de vehículos de la mano de Volkswagen o BMW, pero ni se soñaba con el punto hasta el que hemos llegado hoy en día.

La primera versión del 4ekolka expuesta en un salón del automóvil

Tecnologías y materiales compatibles

A día de hoy, son muchas las marcas de coches que utilizan la impresión 3D, ya sea en pequeñas partes para vehículos concretos, hasta en las propias cadenas de producción. Algunos ejemplos son Volkswagen, Seat, Toyota o Lexus, pero como hemos mencionado, hay muchas más. Por otra parte, las impresoras 3D no son lo único que usan las marcas, otro claro ejemplo del uso de las tecnologías 3D en la automoción son los softwares 3D, los escáneres 3D y los coches de pruebas.

La mayoría de marcas utilizan una o dos tecnologías en específico, como es el caso de Koenigsegg con FDM y resina o el caso de Volkswagen con HP Metal Jet. Esto significa que no hay un tipo de tecnología expresamente pensada para los coches eléctricos, sino que dependiendo de la aplicación que desees usar, puedes hacer uno de una tecnología u otra.

En lo relacionado con los materiales compatibles con la fabricación aditiva de EV, en sus orígenes los fabricantes se ceñían únicamente al uso de plásticos. Pero con el paso del tiempo, el abanico de materiales compatibles se ha ido ampliando hasta poder disponer de una gran variedad de ellos. Los más comunes del sector son materiales termoplásticos o poliméricos como el ABS, el nylon o la resina.

La mayoría de piezas impresas en los materiales mencionados son piezas no cruciales para el vehículo. Esto significa que no influyen en el funcionamiento o manejo del mismo. Pero, es posible imprimir en 3D piezas cruciales para los coches eléctricos. De hecho, hay empresas que ya lo están haciendo. Estas piezas por su parte, en vez de imprimirse en materiales termoplásticos o poliméricos, suelen imprimirse en metales y aleaciones. Dentro de ellos los más utilizados son el titanio y las aleaciones de aluminio.

Aplicaciones y usos

Algunos fabricantes se han dado cuenta de que las piezas impresas en 3D además de producirse más rápido y ser menos costosas que por los métodos tradicionales, son igualmente resistentes. Estas piezas impresas, se están sometiendo a duras pruebas para conocer sus límites y de esta forma incorporarlas en la producción de vehículos. Ya se trate de piezas impresas en metales, plásticos o cerámicas, todas han de someterse a un riguroso control. 

Inicialmente, la mayoría de empresas demostraban sus dudas acerca de introducir piezas creadas por una impresora 3D en sus vehículos. Con el paso del tiempo, la solidez, robustez y durabilidad de estas piezas ha sido evidenciada. De hecho, a día de hoy, ya son muchas las marcas que están introduciendo piezas creadas con estas tecnologías en sus coches. Marcas como Volkswagen, cuentan con hasta 13 modelos de coches distintos que incorporan piezas impresas en 3D, ya sean en metal o plástico. De hecho, según el Dr. Stefan Leest, Director de Tecnología de Volkswagen, «Las piezas impresas en 3D son tan resistentes como las piezas fabricadas por métodos tradicionales.»

Conectores de agua metálicos impresos en 3D para el motor W12 de Audi (Créditos: Grupo Volkswagen)

Algunos ejemplos de estas aplicaciones son embellecedores de vehículos, como salpicaderos, bastidores de asientos, paneles de control, piezas de revestimiento, rejillas de ventilación y conductos de refrigeración, accesorios de iluminación, cubiertas y accesorios de consola. Además, hay piezas cruciales para vehículos como son los soportes de montaje, carcasas, trapecios de la suspensión y componentes de los frenos que también se están comenzando a imprimir en 3D.

Un claro ejemplo viene dado de la mano de LEXUS, cuando a finales de 2023, anunció que en su nueva versión de su deportivo LEXUS LC500, se iba a emplear la impresión 3D para fabricar los conductos del radiador de aceite AT. Inicialmente surgieron dudas respecto al proyecto para este supercoche híbrido. De hecho, Tomohiro Ohno, diseñador de carrocerías de LEXUS, especificó: «Los dos problemas principales eran si el coste sería viable, teniendo en cuenta la producción de lotes bajos, y cómo determinar la calidad de las piezas fabricadas con impresoras 3D». Finalmente tras rigurosas pruebas el proyecto fue aprobado, y este 2024 veremos al LEXUS LC500 circulando por las calles con piezas impresas en 3D.

Los conductos del radiador de aceite AT. (Créditos: Solize y LEXUS)

Otro escenario en el que hemos visto reflejada la impresión 3D en coches eléctricos o híbridos, está relacionado con la famosa marca de híper coches Koenigsegg. Esta marca, utiliza impresoras 3D FDM y de resina en sus vehículos para fabricar miles de piezas. Todo ello con la ayuda del software 3DPrinterOS. Christian von Koenigsegg, creador y director de la marca, especificó en The Quail during Monterey Car Week que fabrican su propia resina, pero que su venta no está abierta al público. Además, añadió: «Estamos imprimiendo carcasas para controladores electrónicos, boquillas para pulverizar debajo de las salidas de aire, aletas, ese tipo de cosas se imprimen a alta temperatura».

Beneficios y retos

Como ya hemos mencionado, la impresión 3D en vehículos eléctricos está en uno de sus puntos más álgidos desde que comenzó a introducirse en la industria de la automoción. Muchas empresas usan estas tecnologías para crear prototipos, como es el caso del nuevo CUPRA, o simplemente para diseñar partes para sus vehículos ya existentes a un coste más bajo. Tal y como menciona el director de ingeniería de CUPRA el Dr. Werner Tietz, «La impresión 3D nos permite crear prototipos de forma rápida y económica, lo que nos ayuda a agilizar el proceso de desarrollo.» Además, para los prototipos, el coste de producción mediante fabricación aditiva también es impresionantemente más bajo que por métodos tradicionales. Lo mismo ocurre con los tiempos de fabricación, la impresión 3D ofrece ventajas que nunca antes se habrían llegado a soñar por métodos tradicionales. 

Tesla fabricando moldes gigantes mediante impresión 3D para poder producir coches en masa (Créditos: Tesla)

También cabe mencionar que muchas marcas emplean estos softwares tanto para el diseño de sus vehículos como para el funcionamiento de la centralita de los mismos. Por ejemplo, MG Motors usará este año Snapdragon en su nuevo modelo MG Coupé para controlar las distintas funciones del vehículo. Por su parte, los coches de prueba cuando son fabricados en 3D, se abaratan enormemente los costes, por lo que testearlos se convierte en una tarea mucho más barata. Este es el caso de Tesla con sus coches creados mediante la inyección de aglutinante en arena.

Otro enorme beneficio que aporta la fabricación aditiva a la industria de los coches eléctricos es la personalización. Las posibilidades que ofrecen las tecnologías 4.0 a la creación y el diseño de vehículos eléctricos son prácticamente infinitas. Por eso ya son varias las empresas las que ofrecen estas posibilidades. Una marca de la que hemos oído hablar mucho, es XEV, que ofrece al público el ya mencionado modelo YOYO. Hablamos de un coche que gracias a la impresión 3D ofrece múltiples diseños personalizables. Otro ejemplo es el concept car Toyota Ubox, que prometía ser un coche personalizable y a día de hoy aún no se ha terminado de desarrollar el concepto. 

El EV pequeño y personalizable, XEV YOYO (Créditos: XEV)

A pesar de los innumerables beneficios, en la industria de la fabricación aditiva aplicada a la automoción existen una serie de retos que dificultan su evolución y desarrollo. Esto incluye la mano de obra, ya que para poder diseñar y producir piezas en 3D se necesitan diseñadores CAD especializados en automoción, además de personal como técnicos de maquinaria. Si bien es cierto que a día de hoy hay escasez de profesionales formados en ambos ámbitos, cada vez son más personas las que estudian para ejercer estas profesiones. 

El robo de propiedad intelectual es otra de las barreras más importantes a las que se enfrenta la fabricación aditiva en EV. Existen una serie de lagunas legales por las que replicar piezas y no poder reclamar patentes se han convertido en el pan de cada día. Hay una gran escasez de leyes que protejan los diseños de los creadores del resto del mundo, y es por ello, que hay muchas marcas y compañías que están recelosas de comenzar su carrera en la impresión 3D de vehículos eléctricos. 

Estos dos retos que acabamos de explicar, son tan solo dos de los muchos a los que se enfrentan las nuevas tecnologías para poder introducirse en el mercado. Existen problemas como la velocidad de producción de componentes en serie, componentes que por métodos tradicionales se producirían más rápido. Aunque es cierto que antes hemos hablado de la rápida velocidad de la creación de piezas mediante impresión 3D, nos hemos referido a pequeñas producciones de componentes, prototipos o piezas sueltas. A la hora de producir en serie, cambian las tornas. También la creación de grandes piezas es misión para la que la fabricación aditiva aún está muy limitada. Con el paso de los años esperamos que todos estos retos se conviertan en cosa del pasado y que la impresión 3D en la industria de los EV avance y asiente un antes y un después. 

¿Qué nos deparará el futuro?

Hemos hablado del pasado y del presente de los vehículos eléctricos impresos en 3D. Pero, ¿qué nos deparará el futuro de este sector? Hablando en rasgos generales hay muchas especulaciones, pero si algo es cierto es que siguiendo la trayectoria que hemos observado durante la última década sabemos que seguirá en crecimiento. Por otro lado, hay una serie de proyectos confirmados por algunas marcas para este 2024 que implican tecnologías de fabricación aditiva, como es el caso de marcas como Liux, Seat o Cupra.

El Volkswagen ID.4 XTREME (Créditos: Volkswagen)

Otra empresa que también espera seguir avanzando en este campo es la alemana Volkswagen. Actualmente están trabajando para poder introducir la impresión 3D en sus coches eléctricos. Entre ellos se encuentra la versión más deportiva y off road de su EV ID.4 GTX, llamada ID.4 XTREME, coche eléctrico para el cual la fabricación aditiva juega un papel muy importante en sus componentes de diseño.

Entre las marcas mencionadas anteriormente, se encuentra Liux. Se trata de una marca de origen español que pretende revolucionar la industria del automóvil eléctrico. Tras años desarrollando distintos proyectos para poder sacar al mercado varios coches, parece que no falta mucho para que el público pueda disfrutar de ellos. Entre sus tres posibles coches, el más destacado es el Liux Animal, un coche eléctrico que usará materiales sostenibles como el lino y estará impreso en 3D.

Aún desconocemos qué nos deparará el futuro pero lo que sí está claro es que lo que hemos visto hasta ahora es solo el comienzo de una nueva era en la industria de la automoción. Elon Musk, CEO de Tesla y SpaceX, mencionó lo siguiente refiriéndose a los EV: «Los coches impresos en 3D son un paso importante hacia un futuro más sostenible y eficiente en la industria del transporte». Otro claro ejemplo de los beneficios de la impresión 3D en este sector viene dado por las palabras de Jim Hackett, CEO de Ford Motor Company: «Los coches eléctricos impresos en 3D tienen el potencial de revolucionar la industria del automóvil, creando vehículos más ligeros, eficientes y sostenibles».

¿Qué opinas de los diferentes usos y posibilidades que ofrece la impresión 3D en los coches eléctricos? Deja tus comentarios en nuestras redes sociales: Facebook, Twitter y Youtube. Sigue toda la información sobre impresión 3D en nuestra Newsletter semanal.