General Motors verso un futuro più leggero e più efficiente della progettazione dei componenti automobilistici

Di Matt Alderton
- 27 nov. 2018 - 5 Min. Tempo Di Lettura
GM consolidated an eight-part seat bracket into a single part using generative design and additive manufacturing.
GM ha rinforzato una staffa per sedile composta da otto parti creandone una a pezzo singolo grazie al design generativo ed alla produzione additiva.

La produzione additiva viene già utilizzata per produrre strumenti musicali stampati in 3D, tra cui un set di batteria, chitarra elettrica, basso e tastiera, cibo stampato in 3D, compresi i pasti per gli astronauti e per l’esercito, vestiti stampati in 3D, arti protesici e organi umani per i trapianti, persino case in cemento a due piani stampate in 3D. E adesso, automobili stampate in 3D?

Direi di sì. Ad esempio, nel 2015 Local Motors ha introdotto la roadster Strati, una biposto elettrica realizzata in sole 44 ore, in cui il 75% delle parti è stampato in 3D. Nel 2016, Divergent 3D ne ha seguito l’esempio con Blade, una “supercar” da 700 cavalli con carrozzeria e telaio stampati in 3D, e, nel corso di quest’anno, la startup italiana XEV inizierà a produrre la LSEV, una piccola auto elettrica che, secondo l’azienda, sarà il primo veicolo al mondo stampato in 3D ad essere prodotto in serie.

Ma non sono solo i fanatici e gli sperimentatori a lavorare con il design automobilistico stampato in 3D. Invece di sviluppare modelli sperimentali solo per fare notizia, le case automobilistiche tradizionali stanno investendo in potenziamenti progressivi e miglioramenti tangibili. General Motors sta mettendo in pratica questo approccio con i suoi progetti di componenti stampati in 3D che offrono maggiori prestazioni, customizzazione e personalizzazione.

With generative-design technology, engineers and computers can collaborate in new ways to create new designs never possible before.
Grazie alle tecnologie di design generativo, ingegneri e computer possono collaborare su sistemi innovativi per creare nuovi progetti che sarebbero stati impensabili fino a pochi anni fa. Per gentile concessione di General Motors.

“In media, un veicolo è composto da 30.000 parti”, afferma Kevin Quinn, Direttore per la progettazione e la produzione additiva di GM. “Ovviamente, sappiamo che non potremo stampare tutti i 30.000 pezzi. Al contrario, siamo molto realistici. Siamo concentrati sulle opportunità di produzione che ci permetteranno di fornire un valore commerciale sia a GM, sia al cliente. Per noi, non è importante quello che si può fare ma quello che si dovrebbe fare.”

Design dirompente

Se la produzione additiva fosse una porta per il futuro del settore automobilistico, il design generativo sarebbe la chiave per aprirla. “Il design generativo permette di esplorare diverse soluzioni progettuali per parti e componenti dei nostri veicoli utilizzando il cloud e l’intelligenza artificiale in modo da connettere l’ingegnere ed il computer”, afferma Quinn. “Facendoli lavorare insieme, possiamo proporre soluzioni per progettare quelle parti che sarebbe impossibile generare con il solo computer o con il solo ingegnere”.

Con questo modello, gli ingegneri stabiliscono gli obiettivi e i vincoli di progettazione dei componenti, inclusi i parametri tipo materiali, metodi di produzione e budget, poi li inseriscono in un software di design generativo. Il software utilizza quindi un algoritmo per analizzare e valutare tutte le possibili alternative di progetto e suggerisce una soluzione ottimale basata sui suoi calcoli.

Automotive-part designs like these are possible today only through additive manufacturing.
Simili progetti di parti automobilistiche sono attualmente possibili solo attraverso la produzione additiva. Per gentile concessione di General Motors.

“Il design generativo associato alla produzione additiva può essere assolutamente dirompente per il nostro settore”, afferma Quinn, aggiungendo che l’industria automobilistica è stata storicamente ostacolata dalle limitazioni degli utensili tradizionali come frese e stampi a iniezione, che possono realizzare solo geometrie molto semplici.

Inoltre, gli strumenti tradizionali sono tanto costosi quanto rigidi, il che rende proibitivi i costi della sperimentazione. Il design generativo e la produzione additiva possono supportare infinite soluzioni di progettazione con un investimento di capitale minimo. Un singolo software, abbinato a una singola stampante 3D, può produrre una miriade di parti e forme illimitate, tra cui forme organiche e reticoli interni, che possono essere realizzate solo utilizzando la produzione additiva.

Una staffa migliore?

Per comprendere il business case del design generativo, basta considerare le sfide poste dai veicoli elettrici (EV). Sebbene le case automobilistiche siano estremamente ottimiste (la sola GM prevede di lanciare sul mercato almeno 20 veicoli elettrici o a celle a combustibile entro il 2023), questi veicoli sono più costosi da produrre. Nel caso di GM, il design generativo potrebbe aiutare a vincere tali sfide favorendo veicoli più leggeri e una filiera più corta.

“L’elettrificazione e i veicoli autonomi cambieranno le regole del nostro settore”, afferma Quinn. “Avere una posizione di leadership in questi settori altamente tecnici è fondamentale per il futuro. Siamo convinti che la produzione additiva e il design generativo possano aiutarci ad ottenere una posizione di egemonia sul mercato”.

In una recente collaborazione con Autodesk , utilizzando la tecnologia generativa in Fusion 360, gli ingegneri di GM hanno progettato una nuova staffa per sedili ottimizzata dal punto di vista funzionale, un componente auto standard che fissa i dispositivi di bloccaggio delle cinture di sicurezza ai sedili e i sedili ai pianali. Mentre la tipica staffa per sedili è una scatola composta da otto pezzi, il software ha prodotto più di 150 progetti alternativi che ricordano più un oggetto metallico proveniente dallo spazio. Realizzato con un pezzo di acciaio inossidabile anziché con otto, il design scelto da GM è più leggero del 40 per cento e più robusto del 20 per cento rispetto alla precedente staffa per sedili.

“Il motivo che ci ha spinto ad aggregare otto parti in una è duplice”, afferma Quinn. “Innanzitutto, possiamo ottimizzare la massa. L’altro vantaggio è che stiamo riducendo tutti i costi della catena di approvvigionamento dovuti alla produzione di diverse parti, realizzabili da molti fornitori differenti, che poi devono comunque essere unite insieme”.

Se consideriamo centinaia o, addirittura, migliaia di parti, è facile capire come tali miglioramenti possano rendere i veicoli più economici, più leggeri e più efficienti nei consumi.

“La nostra sfida ora sarà trovare quelle altre singole applicazioni che possano giustificare l’uso del design generativo e della produzione additiva”, afferma Quinn. GM sta già lavorando sull’ottimizzazione di molte altre parti dei suoi veicoli.

“Poter usare il design generativo e la produzione additiva per permettere di percorrere qualche chilometro in più per ogni litro di carburante o per aumentare di 15 chilometri la percorrenza dei nostri veicoli elettrici, può rappresentare un enorme vantaggio competitivo per il futuro di General Motors”, dice.

Vantaggi, non chiacchiere

L’aumento delle prestazioni è solo l’inizio. In futuro, GM prevede di utilizzare la produzione additiva per realizzare parti di ricambio in modo efficiente e conveniente presso le concessionarie e per personalizzare i propri veicoli.

“In questo momento, personalizzare qualcosa su un veicolo richiede un enorme esborso di capitale per GM, perché bisogna creare un nuovo dispositivo ogni volta che si vuole realizzare qualcosa di personalizzato”, afferma Quinn. “Non essendoci un ritorno su questo tipo di investimenti, spesso, nel nostro settore, si decide semplicemente di non personalizzare”.

Quinn aggiunge che la produzione additiva potrebbe consentire ai clienti di ordinare pacchetti opzionali personalizzati o di personalizzare i propri veicoli con i loro nomi o con il logo della squadra del cuore. “Proporre qualcosa che i nostri concorrenti non offrono, questa sarà la differenza!”, dice.

Se usata al meglio, la tecnologia è proprio questo, secondo Quinn: non si tratta di fare delle chiacchiere, si tratta di offrire vantaggi. “Il design generativo e la produzione additiva mi intrigano davvero [perché ci consentiranno] di fornire prestazioni ai nostri clienti che non potrebbero essere ottenute altrimenti”.

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