Nanotecnología, fabricación aditiva, nuevos recubrimientos y materiales ligeros marcarán la automoción del futuro

Bajo el título ‘De nano a macro. Los materiales avanzados en la automoción’, dos clústeres punteros como son MAV —materiales avanzados— y CIAC —automoción en Catalunya— abordaron los últimos avances en esta materia en el Centro de Formación Profesional de la Automoción ubicado en Martorell, el pasado 23 de febrero, en una jornada informativa de carácter profesional a la que asistieron unos 40 representantes de empresas del sector.

En ella se abordaron las novedades en temas como los recubrimientos, la nanotecnología, la fabricación aditiva y los materiales ligeros, siempre en el marco de su aplicación en la industria del automóvil.

Junto a la manager del ClústerMAV, Alexandra Barrios, y el gerente del CIAC, Ferran Verdejo, participaron como ponentes expertos en la materia que compartieron con la audiencia su experiencia empresarial en relación con los materiales avanzados.

Abrió la sesión Francesc Perarnau, secretario del CIAC y director de Relaciones Institucionales, Innovación y Tecnología de Gestamp, que centró su exposición en la industria ligera o, más concretamente, en cómo aligerar el peso de los vehículos para cumplir con las exigencias de reducción de emisiones de CO₂ de éstos. Perarnau comentó también otra línea de trabajo de la empresa como es aumentar los niveles de seguridad.

En relación con el primer aspecto, la ligereza de los materiales, Perarnau recordó a los asistentes que existe un 43% potencial para reducir el peso en la carrocería, un 25% en el chasis y un 15% en los mecanismos que componen un vehículo. Por ello expuso las ventajas de usar determinados materiales, y multimateriales, en este sentido. E introdujo el uso de la fibra de carbono especialmente en el desarrollo de determinadas piezas para carrocería. Perarnau comentó también las diferencias de materiales usados según el tipo de producción. Así, mientras el acero se usa en un 80% en producciones en serie (con un 15% de aluminio y un 5% restante a plásticos reforzados), en coches de mayor gama y producciones mejores, el acero representa un 50% del material usado, mientras que el uso del aluminio asciende al 40% y el 10% final es para plásticos reforzados). Y finalmente, en el caso de producciones cuasi unitarias, vehículos deportivos, de lujo e incluso eléctricos, la ratio varía completamente, siendo el acero sólo el 10%, con un 50% para aluminio y un 40% para plásticos reforzados.

El directivo de Gestamp comentó también un acuerdo con un fabricante japonés que les permitirá producir con el mismo nivel de competitividad piezas en estampación en caliente que en frío, como venían haciendo hasta ahora.

En este sentido, Perarnau explicó diversas tecnologías fruto de la división de I+D que les ha permitido desarrollar nuevas piezas y productos innovadores. Entre otras novedades, el acuerdo de codesarrollo con un fabricante de automóviles para desarrollar unidades de menor peso, o la introducción de la fabricación aditiva (vía aportación láser). “Pero en ingeniería de materiales es importante innovar no sólo en piezas sino también en utillaje”, añadió. “Es precisamente en este campo en el que la impresión 3D ofrece sus mejores galas: rapidez en reparación y reducción de peso”.

Y en cuanto a materiales ‘de moda’ como la fibra de carbono, Perarnau admitió que si bien en aeronáutica se habla mucho de ella, en automoción existen pocos proveedores de calidad, “por lo que sería un buen potencial de mercado para proveer una industria que debe cumplir con unos exigentes requisitos de reducción de peso de los vehículos”.

Perarnau aprovechó su turno para hacer una reclamación: que las especificaciones de los materiales sean iguales en los diferentes continentes en los que se distribuyen. “Los automóviles deben cumplir con las mismas características así que no hay motivo para que los materiales no lo hagan. Para ello es muy importante controlar la trazabilidad”, concluyó.

Francesc Perarnau, secretario del CIAC y director de Relaciones Institucionales, Innovación y Tecnología de Gestamp, expuso algunos ejemplos de innovación como los materiales ligeros, que deberán ayudar a reducir el peso de los vehículos y, en consencuencia, las emisiones de CO₂.

Rafael Daniel, responsable de Marketing de MacDermid, basó su exposición en los procesos químicos desarrollados en la empresa, especializados en el recubrimiento y el tratamiento de superficies metálicas y plásticas. Unas formulaciones que permiten cubrir la mayoría de necesidades del sector de la automoción como los recubrimientos anticorrosión o decorativos, entre otros. Y es que los productos MacDermid están presenten en infinidad de piezas y componentes como las ruedas, los cableados, las pantallas e incluso elementos de control del automóvil, etc.

Daniel comentó algunos de los últimos desarrollos en este campo, como es el caso del proyecto ‘Film insert moulding’, que consiste en la formulación de films para obtener piezas plásticas complejas de altas prestaciones (como resistencia a la corrosión, a la abrasión…) y que se usan principalmente en botoneras, pantallas, etc., dentro del vehículo.

En cuanto a los recubrimientos anticorrosión, el responsable de MacDermid planteó las ventajas del proceso de deposición de cinc y aleaciones, para piezas estructurales como tornillería, sistemas de sujeción, pinzas de freno… “principalmente de carácter medioambiental porque se trata de recubrimientos exentos de cobalto”. Asimismo, sus innovaciones incorporan características determinadas y color, evitando así trabajos de pintura posteriores.

Pero MacDermid es también especialista en los recubrimientos decorativos, especialmente en la deposición de metales sobre materiales plásticos y metálicos en elementos interiores. Son de nuevo procesos medioambientalmente sensibles gracias a estar exentos de cromo hexavalente.

Daniel puso especial énfasis también en el actual proyecto de ‘mordentado exento de cromo hexavalente’ para metalizar plásticos, que se basa en usar electrolitos en base cromo trivalente [Cr(III)] que permite obtener acabados cromados diferentes, colores y satinados, además de una mejor resistencia a la corrosión y menor tendencia al quemado “Aunque quedan dificultades para resolver, como una menor estabilidad del color o una mayor sensibilidad a las impurezas”, recordó.

Por su parte, Antonio Onteniente, CEO de Avanced Nanotechnologies, destacó la importancia de aplicar la nanotecnología en los procesos de producción de la industria del automóvil. “Los nanorecubrimientos son capaces de dar soluciones técnicas con mejoras muy destacables, incluso 50 veces más que determinados materiales”, argumentó Onteniente. “¿En qué afecta la nanotecnología en un coche?” se preguntaba. “La combinación de nanopartículas con las partículas habituales en una pieza volumétrica le confieren características distintas a las tradicionales”, apuntó. Añadiendo que este tipo de recubrimientos son especialmente aplicables en la superficie creando, por ejemplo, materiales hidrófobos.

¿Por qué escala nano?

Efecto superficie + efectos cuánticos = propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas y magnéticas más ‘performantes’

Onteniente defendió en su ponencia que “la nanotecnología, y los nanorecubrimientos, son una importante solución para reducir el peso de las piezas y los vehículos, por ejemplo vía materiales compuestos con nanotecnología”. Igualmente, apuntó que los nanomateriales y los materiales compuestos pueden resolver un reto que presenta a la reducción de pesos: que la seguridad del vehículo no se vea afectada. “Incluso en el caso del vehículo eléctrico —apuntó— aparece una problemática con las baterías: ¿qué ocurre en caso de choque? Contienen ácidos…”. Otra aportación de los nanorecubrimientos es en el campo de las pantallas digitales, cada vez más presenten en el automóvil. “Superficies donde no deben quedar huellas que empañen la lectura…”.

En opinión de Onteniente, los Tier1 pueden apoyarse en empresas que ya hayan desarrollado nanotecnologías para lograr soluciones adaptadas si bien la opción de lograr soluciones personalizadas y exclusivas es un proceso más largo que involucra también a centros tecnológicos y universidades, lo que ralentiza los tiempos.

Cerró la jornada técnica Magí Galindo, coordinador del área de Diseño y Desarrollo Industrial del Centro Tecnológico Leitat, quien destacó las posibilidades que ofrece la fabricación aditiva, subrayando su importancia como parte del proceso de producción industrial, tanto en la fase de diseño como en el desarrollo del producto.

Galindo quiso despertar en la audiencia la curiosidad por saber qué les puede ofrecer la fabricación aditiva en un sector como la industria de la automoción. “Pensar de manera diferente, obtener nuevos productos y, lo más importante, recortar el ciclo de producción”. Y diseñar con mucha mayor libertad, si bien apuntó que “la libertad no es absoluta como algunos aseguran”.

Sí admitió, sin embargo, que sus posibilidades son tan variadas que todavía hoy no sabemos qué ofrecerá en el futuro: “Hoy la impresión 3D es fabricar por capas pero mañana… quizá ya no. ¡Existen muchos futuros posibles!”.

Galindo reconoció que actualmente la mayoría de productos manufacturados vía impresión 3D requieren de un posprocesado, lo que no es necesariamente negativo puesto que supone la implicación de las tecnologías convencionales, a la vez que enumeraba algunos ejemplos de aplicaciones innovadoras, como un robot manipulador con pinzas de goma que funcionan con aire, sin otros conductos más que un único tubo aportador de aire que se distribuye por el interior de la propia estructura básica, que está vacía por dentro gracias a haberse impreso en 3D.

Otra innovación es la producción de moldes o matrices en una única pieza, con todos los conductos internos ya integrados evitando así los trabajos posteriores.

En cuanto a los materiales, el investigador de Leitat expuso cómo la fabricación aditiva “permite desarrollar nuevos materiales y modelos de negocio. Hoy existen 15 tecnologías, divididas en 7 categorías, y más de 100 materiales; metálicos, plásticos, cerámicos…hay camino para correr”. Si bien admitía que “el sector automovilístico es prudente, e incluso reticente, a incorporar nuevas tecnologías, mientras que otros como el médico o el aeronáutico sí han introducido la impresión 3D en sus procesos de producción”. “También es cierto que es necesaria mucha formación y personal cualificado”, concluyó.