“La industria del automóvil sigue avanzando hacia los Mega- y Giga-castings, pero a velocidades diferentes”

Sergio Orden. Investigador de Materiales Ligeros y Tecnologías de Inyección. 

El GLOBAL GIGA-CASTING CONGRESS (Kassel, Alemania) ha congregado recientemente los principales avances en el campo de esta revolucionaria tecnología que impacta directamente al sector de automoción. El experto en materiales ligeros y fundición HPDC de AZTERLAN analiza las principales tendencias y aspectos técnicos ligados al desarrollo de los Mega- y Giga-castings que, “de momento, siguen sin contar con los cimientos necesarios para consolidarse en el corto plazo”.

¿Cuáles son las principales claves que, actualmente, rodean al desarrollo los Mega-castings y Giga-castings?

Tratándose de una tecnología tan disruptiva y por su nivel de impacto sobre la forma en que se plantea el diseño y la fabricación de los automóviles, los Mega-y Giga-castings tienen varios flancos de desarrollo abiertos: mercado, metalurgia, sostenibilidad, fabricación, … Todos ellos de gran importancia.

Queda patente que la industria del automóvil sigue avanzando hacia los Mega- y Giga-castings, pero a velocidades diferentes, ya que dependiendo del OEM o de la zona geográfica se plantean estrategias distintas. En este sentido, las diferencias entre la industria europea, americana y asiática son evidentes. La industria sigue analizando y debatiendo cuál es el lugar de esta tecnología y todos los actores involucrados seguimos intentando dimensionar su impacto y su capacidad de penetración, también el nivel de afección que tendrá para la industria del automóvil ya existente en cada territorio.

Sin duda, Asia está haciendo un importante esfuerzo para consolidar los Giga-castings con apuestas muy fuertes en cuanto a infraestructuras y con automóviles planteados, ya desde la fase de diseño, con esta tecnología. Por su parte, América, principalmente EE.UU. sigue a medio camino. Lógicamente, ahí tenemos a Tesla, de alguna manera el “padre” de la idea del unboxed process (metodología de montaje consistente en realizar ensamblajes modulares que se unen al final de la línea de producción, en lugar de mediante líneas de montaje convencionales) que ha requerido el impulso de la tecnología Giga. A partir de esta conocida marca también aparecen OEMs americanos y japoneses que incluyen el Giga-casting en sus estrategias de futuro.

Finalmente, Europa, sigue siendo la más reticente o cauta. Detrás de esta reticencia se encuentra, no solo el alto coste de inversión de la implantación de esta tecnología, sino también la dificultad de integrar este tipo de piezas en líneas de ensamblaje existentes. Además, cabe mencionar otras barreras fundamentales como la incertidumbre sobre el futuro de la industria del automóvil en Europa y la incertidumbre sobre la viabilidad de la tecnología Giga-castings y Mega-casting. A diferencia de Europa y América, el estallido de esta tecnología en China viene motivado por el gran crecimiento de vehículos eléctricos asociados a nuevas marcas y plantas de ensamblaje que han adoptado la estrategia del unboxed process. China ha requerido un nivel de inversión muy alto afrontado tanto por OEMs como por proveedores TIER1, con la apuesta del gobierno por impulsar el vehículo eléctrico.

Sin embargo, es importante recalcar que, a la hora de la verdad, a nivel mundial no existen tantas máquinas capaces de crear este tipo de piezas y su capacidad de producción también es limitada. Por tanto, todavía queda mucho por definir y ni la tecnología ni las infraestructuras se encuentran todavía preparadas para dar el salto a la producción masiva.

Desde un punto de vista técnico ¿Cuáles son las áreas más críticas para impulsar las tecnologías Giga- y Mega-casting en automoción?

Como hemos comentado, el concepto que hay en el origen de la tecnología Giga-casting es el unboxed process que, básicamente, trata de hacer una parte importante del coche, su estructura, de una sola pieza reduciendo así el número de componentes del vehículo, el número de puntos de unión, el proceso de ensamblaje y su peso. Por supuesto, esta tecnología también repercute directamente en los plazos de diseño de nuevos conceptos y de desarrollo de proyectos de industrialización que se ven significativamente acortados.

En realidad, cuando se habla de Giga-castings, sobre todo, se habla de tres piezas: Rear underbody, Battery frame y Front underbody. Efectivamente, son piezas estructurales con una función clave para la seguridad. Por esta razón, se les exige cierta deformabilidad para que sean capaces de absorber el impacto y asegurar la seguridad del pasaje. No obstante, dependiendo del método de ensamblaje seleccionado, requieren incluso una mayor deformabilidad. Esta familia de productos estructurales hasta ahora se cubría principalmente con la aleación AlSi10MnMg… con esta transformación hacia el Giga entran en juego otras variantes de esta aleación con menos cantidad de silicio para que mejore la deformabilidad del componente.

En la producción de estos componentes de gran tamaño también se busca eliminar el tratamiento térmico que, además de suponer un gran coste, se percibe como un foco de problemas por las deformaciones y distorsiones que se puedan dar durante el mismo y, como consecuencia, aumenta el riesgo de no entrar en tolerancias. Este es uno de los principales retos a los que se enfrenta el Giga-casting y, aunque el tratamiento térmico no es el único origen del problema de deformación, su eliminación supone grandes ventajas. Eliminar el tratamiento térmico requiere también de soluciones con enfoque metalúrgico, incorporando aleantes que se encuentran fuera de las familias habituales en tecnologías de inyección pero que proporcionan buenas características mecánicas sin tratamiento. Sin embargo, es un campo en el que queda mucho por investigar y hasta la fecha no se ha dictado sentencia en lo que respecta a la aleación “ideal”.

En cualquier caso, esta tecnología ha roto ciertas barreras que existían hasta la fecha y, además, se ha desarrollado en un tiempo récord. Cabe destacar que cualquier solución técnica, aunque resulte disruptiva, puede ser una buena solución. Un ejemplo de ello es la doble inyección propuesta por la empresa fabricante de equipos L.K. Technology que puede acabar siendo la respuesta técnica para el Giga-casting, aunque todavía se encuentre en sus primeros pasos.

¿Cuáles son en tu opinión los ámbitos de trabajo clave para posicionarse ante esta tecnología?

Sobre todo, hay que seguir desarrollando conocimiento y herramientas que permitan demostrar la viabilidad de las soluciones que se plantean y asegurar el comportamiento en servicio de estas piezas.
Optimizar los recursos necesarios para la fabricación de Giga-componentes es fundamental dado el nivel de inversión requerido. Este es el enfoque principal de algunos de los OEMs europeos que plantean el aprovechamiento máximo de cada tonelada de fuerza de cierre de las máquinas, por ejemplo, con moldes de tres placas o inyección capilar. No obstante, cualquier mejora de la eficiencia de recursos es necesaria, en logística, en vida útil de molde, en rechazo de piezas, complejidad de la gestión térmica.

Desde el punto de vista de materiales, como he comentado, la metalurgia sigue siendo un aspecto clave por la función estructural que se les solicita a estas piezas. Por un lado, es imprescindible reducir al máximo la porosidad de las piezas (lo que requiere de sistemas de vacío altamente eficientes), por otro, hay que asegurar las propiedades mecánicas de los componentes, preferiblemente, sin requerir un tratamiento térmico posterior. A esta problemática hay que añadirle la necesidad de aumentar la incorporación aleaciones secundarias por parte de la industria (por razones de sostenibilidad y aprovisionamiento), lo cual requerirá de un importante control de la calidad metalúrgica.

Otro aspecto fundamental clave para el posicionamiento en esta tecnología es la modelización completa de la tecnología de fabricación para que se puedan predecir todos los aspectos clave del proceso, como los defectos en pieza, su deformación tras el enfriado y hasta la vida útil del molde. El desarrollo de estas herramientas digitales permite optimizar, desde las etapas de diseño, la fabricación de componentes en Giga-casting sin incurrir en costes extra.

Desde un punto de vista de proceso, creo que la industria de nuestro entorno puede ir haciendo pequeños acercamientos a esta tecnología, apostando por un camino intermedio, es decir, realizado componentes de tamaño medio que integren varios componentes, buscando también un aligeramiento de peso con ello. No obstante, para impulsar el cambio es importante, en primer lugar, asegurar que estas adaptaciones aportan ventajas significativas reales a la industria, en clave de tiempo, costes, aligeramiento y emisiones, entre otros.

Finalmente, como producto, además de la fabricabilidad en serie y el aseguramiento del comportamiento en servicio, un aspecto fundamental a trabajar es la reparabilidad de las piezas o de los vehículos tras un impacto. Quizás pueda parecer el último eslabón de la cadena, pero es un aspecto de gran relevancia, ya que resolver este asunto puede asegurar el atractivo y la viabilidad económica de los vehículos que incorporan estos componentes de grandes dimensiones y, finalmente, suponer un elemento diferenciador para el consumidor.