Produzione di ricambi per auto in futuro

I veicoli leggeri saranno così diversi entro il 2035 che gli esperti non sono nemmeno sicuri che li chiameremo ancora “auto”. Forse “dispositivi per la mobilità personale”, suggerisce Carla Bailo, presidente e CEO del Center for Automotive Research (CAR), Ann Arbor, Michigan. Più importanti saranno i cambiamenti radicali nella produzione di componenti automobilistici. Hongguang-Mini_1920x1080.jpg Tutto elettrico, altamente personalizzato e che sta conquistando la Cina, l’Hongguang Mini è uno sguardo al futuro delle auto ovunque. È realizzato da una partnership tra SAIC, GM e Wuling. (Fornito da General Motors) Iniziamo con una previsione su cui apparentemente tutti gli addetti ai lavori del settore sono d’accordo, anche se richiede un massiccio cambiamento nel tipo di parti necessarie per costruire un veicolo: entro il 2035, almeno la metà delle auto prodotte negli Stati Uniti sarà completamente elettrica. E Bailo ha detto che è una stima realistica che alcuni considererebbero pessimista. La percentuale in Cina ed Europa sarà molto superiore al 50 percento, ha aggiunto. Come mai? I governi di tutto il mondo stanno imponendo il cambiamento. E le case automobilistiche stanno investendo così tanto nella tecnologia che esperti come Bailo hanno affermato che è molto probabile che le batterie raggiungano la densità di energia richiesta per soddisfare anche gli americani ansiosi di autonomia ben prima del 2035. Tom Kelly, direttore esecutivo e CEO di Automation Alley a Troy, Michigan, pensa che la maggior parte dei consumatori concluderà che i veicoli con motore a combustione interna (ICE) sono una scelta sbagliata entro il 2035. “Penseranno ‘Mi sento male con me stesso. I miei vicini mi faranno vergognare. È più costoso. E ha meno funzionalità.’ Quindi, dopo un periodo di lenta crescita, i veicoli elettrici decolleranno, perché hai raggiunto un punto di svolta in cui sei davvero imbarazzato a guidare un motore a combustione interna”. Automation Alley è un centro di conoscenza Industry 4.0 senza scopo di lucro e un hub di produzione avanzata (AMHUB) del World Economic Forum. Come notato sopra, la maggior parte degli esperti pensa che i veicoli elettrici più piccoli saranno alimentati da batterie anziché da celle a combustibile a idrogeno. Ma quest’ultima tecnologia è più promettente per i veicoli più grandi. Bailo ha spiegato che la realizzazione di un’infrastruttura su larga scala per il carburante a idrogeno sarebbe più difficile e costosa delle stazioni di ricarica elettriche. Al contrario, ha sottolineato, i veicoli pesanti sono fondamentalmente diversi dai veicoli leggeri in quanto non si desidera che si fermino per un lungo periodo per caricare. “Semplicemente non so come andranno le cose economiche per un semirimorchio elettrico a batteria. Ma una cella a combustibile potrebbe davvero essere utile”. Brent Marsh, responsabile dello sviluppo del business automobilistico di Sandvik Coromant a Mebane, N.C., ha suggerito le attrezzature per il movimento terra come un altro esempio. “Queste macchine richiedono una densità di potenza elevata. Forse si spostano verso l’idrogeno”. Metalli meravigliosi moderni Chiaramente, costruiremo molti meno ICE e molti più, per non parlare molto più semplici, motori elettrici e custodie per batterie. Oltre a ciò, inizia a diventare un po’ oscuro.

Ad esempio, Marsh ha detto che l’equipaggiamento è “in aria. Ci sono così tanti diversi meccanismi di guida presi in considerazione. Puoi avere un motore nella parte anteriore del veicolo o un motore nella parte posteriore che guida la parte anteriore e quella posteriore separatamente. Puoi avere un motore elettrico che aziona tutte le ruote, come facciamo oggi, o un motore su ciascuna ruota. Potrebbe essere un generatore di motori su ciascuna ruota. Ci possono essere ingranaggi planetari. …Ci sono molti modi diversi per sviluppare la trasmissione di potenza e il pacchetto motore elettrico, e ci vorrà del tempo sul mercato per capire il modo migliore per farlo”. SandvikCoromant_Power-Skiving.jpg Con soluzioni di power skiving come CoroMill 180, i componenti completi nella produzione in serie di denti di ingranaggi e scanalature possono essere lavorati in macchine universali a cinque assi con un’unica configurazione. (Fornito da Sandvik Coromant) Marsh ha aggiunto che Sandvik Coromant vede nuove opportunità in questo ambiente, grazie ai cicli di vita dei prodotti molto brevi. “Qualcuno organizzerà qualcosa, lo farà per un paio d’anni e poi prenderà una strada diversa. Prevediamo un sacco di attrezzaggio e riattrezzamento e attrezzatura e riattrezzamento, ancora e ancora e ancora”. L’alleggerimento automobilistico è stata un’ossessione per anni e continuerà, entro i limiti. Bailo ha affermato che la ricerca mostra continui progressi nella metallurgia, con l’industria siderurgica che sta affrontando una forte sfida all’alluminio grazie all’acciaio ad altissima resistenza. “Entrambe le industrie hanno iniziato a fornire un prodotto eccellente, consentendo una significativa riduzione del peso”. Ma non prevede che i compositi in fibra di carbonio vengano prodotti in grandi volumi entro il 2035, a causa di un costo di produzione sette volte superiore. Marsh ha affermato che qualsiasi cosa relativa alla trasmissione di potenza che deve essere realizzata in acciaio, inclusi “ingranaggi, alberi e persino cuscinetti, si sta spostando su acciai ultra puliti con un contenuto di zolfo estremamente basso. Alcuni li chiamano “IQ” o acciaio di qualità isotropica. La riduzione dello zolfo aumenta notevolmente la resistenza a fatica dell’acciaio. Quindi puoi produrre un albero più piccolo, un cuscinetto più piccolo e un ingranaggio più piccolo che gestisce la stessa densità di potenza. Ciò riduce il peso e le dimensioni dei componenti, ma è più difficile da lavorare”. Sandvik Coromant sta lavorando con i produttori di acciaio per sviluppare materiali per utensili, geometrie e rivestimenti adeguati, ha aggiunto Marsh. E il controllo dei trucioli è un problema più grande del solito. “Devono essere strumenti relativamente affilati, come quelli che useresti per tagliare l’acciaio inossidabile. Ma uno spigolo vivo di solito è un vantaggio più debole, quindi questa è una sfida”. In generale, l’utensileria in metallo duro è la scelta preferita per il taglio di questi acciai, ha spiegato Marsh, “a meno che il pezzo non sia temprato a induzione o laser per una superficie di appoggio o qualcosa del genere. In tal caso, utilizzeremmo materiali per utensili avanzati come CBN o ceramica”. D’altra parte, Marsh ha anche richiamato l’attenzione sull’elevata domanda di cobalto nella produzione di batterie, che aumenterà il prezzo del carburo. “Sappiamo che c’è una fornitura alquanto limitata di cobalto. Quindi noi e altri stiamo cercando di capire se il carburo del futuro sarà privo di leganti”.

Bailo ha affermato che gli studi di CAR hanno dimostrato che nell’ultimo decennio, i miglioramenti dei materiali che consentono la riduzione del peso sono stati, in una certa misura, compensati dall’aggiunta di nuove funzionalità per il comfort o la sicurezza. Allo stesso modo, le batterie con una densità di potenza maggiore ridurranno la necessità di spingere per una maggiore riduzione del peso. Marsh ha anche indicato che la riduzione del peso raggiunge un punto di rendimento decrescente, data la natura del trasporto automobilistico. “Devi avere un peso per la gravità per mantenere il veicolo a terra. Non stiamo costruendo un aeroplano. Puoi fare auto solo così leggere. Questo ci porta a un altro profondo cambiamento che influenzerà tutto, dal mix di materiali utilizzati per costruire le parti di automobili, al loro design, dove sono costruiti e chi li costruisce: la produzione additiva (AM). AM: Wall Street sceglie il suo vincitore? EOS_Application_Automotive.jpg Un’eccellente illustrazione di come AM (a sinistra) può ridurre il peso dei componenti automobilistici metallici ora prodotti in modo convenzionale (a destra). (Fornito da EOS) Entro il 2035, “un numero impressionante di ricambi per auto sarà prodotto da AM”, ha affermato Terry Wohlers, consulente principale e presidente di Wohlers Associates, una società di consulenza AM con sede a Fort Collins, Colorado. “I costi saranno competitivi con la produzione convenzionale per alcuni parti. Questo, combinato con altri vantaggi, renderà l’uso dell’AM interessante per gli OEM e i loro fornitori”. Uno di quegli altri vantaggi è la capacità di alleggerire ulteriormente alcune parti, ha spiegato. “L’ottimizzazione della topologia e le strutture reticolari possono ridurre materiale e peso, a volte in modo significativo.” Wohlers ha anche sottolineato la capacità di AM di sostituire un assieme con una singola parte complessa. “Il consolidamento di più parti in una sola riduce i numeri di parte, i processi di produzione, l’inventario e la manodopera”. Wohlers potrebbe sottovalutarlo quando dice “un numero impressionante di ricambi per auto”. Kelly di Automation Alley ha affermato che entro il 2035 “l’unica volta in cui non utilizzerai l’additivo sarà per un motivo diverso dal prezzo, come uno stampaggio di metalli troppo grande. L’additivo è la tecnologia più importante nella produzione che sia arrivata in 100 anni, da quando Henry Ford ha creato la catena di montaggio. E questo è fondamentalmente ciò su cui abbiamo operato”. Secondo Kelly, AM ha molti vantaggi rispetto alla produzione sottrattiva e un solo svantaggio: il costo per parte. E questo svantaggio sta rapidamente scomparendo, dice. Man mano che AM accelera, i costi si riducono Ad esempio, si consideri la tecnologia LaserProFusion di EOS per la stampa di parti in plastica. Il responsabile dello sviluppo aziendale Jon Walker di EOS North America, Novi, Michigan, ha affermato che questo approccio imminente è circa cinque volte più veloce della macchina più veloce disponibile in commercio dell’azienda, che a sua volta è due volte più veloce della generazione precedente. Automation-Alley-UniversalFlowMonitors.jpg I membri del team del progetto DIAMOnD esaminano una varietà di parti stampate in 3D presso gli Universal Flow Monitors a Hazel Park, Michigan. Nella foto (da sinistra a destra) Peter Hackett, ingegnere capo presso gli Universal Flow Monitors, Sean, vicedirettore della contea di Oakland Carlson, il COO di Automation Alley Pavan Muzumdar e il direttore esecutivo e CEO di Automation Alley Tom Kelly. (Fornito da Automation Alley)

L’attuale tecnologia in plastica AM utilizza uno o due laser CO2 al suo interno, a seconda delle dimensioni della macchina. Come affermazione generale, aumenti la velocità di un fattore corrispondente al numero di laser che aggiungi al sistema. Quindi, quattro laser sarebbero quasi quattro volte più veloci di un laser. Ma invece di bloccare due laser CO2 da 70 W nella macchina, passando a piccoli diodi laser da 5 W, siamo in grado di allineare 980.000 laser nello stesso spazio. Invece di utilizzare due laser ad alta potenza, stiamo usando un milione di piccoli laser che possono creare 100 parti sul letto, ad esempio, con ciascun laser che funziona in modo indipendente. Oppure, se stai costruendo una grande parte, tutti i 980.000 laser potrebbero agire insieme su quella grande parte”. La commercializzazione di questa tecnologia rappresenterà un “enorme punto di svolta per il settore”, ha affermato Walker. Eppure è altrettanto sicuro che la macchina sarà alla fine della sua vita produttiva entro il 2035, con sistemi ancora più veloci fuori uso per allora. Inoltre, come ha detto Kelly, “il veloce è relativo. Anche se una macchina è lenta, se ne ho 10.000 e posso produrre 10.000 pezzi al giorno, è un’equazione diversa. Automation Alley ha appena creato una rete di 300 stampanti di diversi produttori, chiamata Project DIAMonD. Ogni produttore possiede la stessa stampante e la usa per fare soldi da solo. Ma quando dobbiamo usarne tutte e 300, possiamo realizzare 300 parti alla volta. E ci aspettiamo che questa rete cresca a migliaia. A quel punto, non è più un problema di parti, è un problema logistico: come aggregare la produzione di tutti questi fornitori”. Non solo è un problema risolvibile, sostiene Kelly, questo tipo di produzione distribuita ha dei vantaggi, ed è il futuro. “Penso che la produzione passerà da centralizzata, costosa e ad alta intensità di capitale a democratica, agile e indipendente. … Il motivo per cui abbiamo scelto questi grandi impianti di assemblaggio, o grandi produttori, è perché devono essere impostati per realizzare una parte davvero bene. Il vantaggio dell’additivo è che può creare un widget dalle 9 alle 10, quindi fare la cartilagine per un ginocchio dalle 10 alle 11. Quindi può creare un vassoio per il sedile posteriore di un aereo dalle 11 alle 12. Una volta che hai la capacità di Con la stampa 3D, a seconda dei materiali necessari, puoi realizzare qualsiasi cosa nel mondo, in qualsiasi settore, in qualsiasi momento”. Nuovi modi per organizzare una fabbrica Allo stesso modo Walker di EOS pensa che le fabbriche potrebbero orientarsi attorno a un materiale, piuttosto che a un’industria come quella automobilistica. “Bridgestone ora ha una divisione che produce palline da golf, pneumatici e coperture industriali, tre settori che non hanno nulla a che fare l’uno con l’altro. Ma la competenza principale di Bridgestone è la chimica attorno a questi materiali elastomerici. Anche una piccola azienda può diventare incredibilmente efficiente nella stampa 3D di un particolare materiale. E se riescono a trovare usi comuni per quel materiale in diversi verticali del settore, è qui che entra in gioco la produzione su richiesta”.

Inoltre, ha ipotizzato Kelly, Wall Street non finanzierà aziende che producono davvero bene una cosa, con una linea di produzione redditizia solo se continua a produrre quella cosa per quattro anni. “Quelle aziende saranno costrette a chiudere l’attività. … L’additivo otterrà il capitale, anche se è inefficiente per anni e anni. Wall Street finanzierà l’additivo perché stanno proiettando dove sta andando il mondo. È come finanziare Tesla invece di non finanziare GM”. Affinché non pensiate di poter evitare questo tsunami, o che sia solo il sogno febbrile di qualche gestore di hedge fund fuorviato, Kelly ha detto di aver recentemente parlato con un dirigente di OEM automobilistiche che ha affermato che la sua azienda è profondamente interessata all’AM e molto delusa dal fatto che i fornitori di livello 1 non Non capisco cosa sta succedendo. “Non vengono da noi per parlare della loro fattoria additiva e di come può essere utilizzata per realizzare i nostri prodotti, … di come stanno innovando nuovi modi per farlo”, ha detto il dirigente a Kelly. “Sono timorosi piuttosto che opportunisti.” Il problema per un Tier 1, ha spiegato Kelly, è che AM è molto ben compreso. “È tempo e materiale, e questa è di dominio pubblico. Non puoi nasconderti dietro il costo della tua linea di produzione. Gli OEM sanno esattamente quanto tempo ci vorrà per stamparlo e quanta polvere ci vorrà. E conoscono i prezzi spot della polvere. Pertanto, stai solo discutendo su quale margine devi realizzare, e questa è una posizione molto debole per un livello 1, perché la maggior parte delle volte stanno organizzando i livelli 2 e 3. Ma ora un livello 2 o un livello 3 vede arrivare un’età dell’oro. Possono effettivamente avere una relazione con un GM o una Ford, perché i computer gestiranno tutta la complessità”. Personalizzazione di massa AM è anche “legato all’anca” con il passaggio ai veicoli elettrici, ha detto Walker. “Probabilmente ci sono cinque aziende nel raggio di 10 miglia dal nostro ufficio di Novi che hanno molta esperienza nella progettazione di qualcosa come un albero a gomiti. E probabilmente hanno avuto quella competenza per 100 anni. Ma con i veicoli elettrici, ci sono tonnellate di nuove parti che non abbiamo mai dovuto realizzare prima”. Questo apre il campo a nuovi entranti di ogni tipo. Walker ha anche fatto riferimento all’architettura dello skateboard utilizzata con i veicoli elettrici, in cui i motori elettrici, le batterie, le sospensioni e lo sterzo sono incorporati in alcune configurazioni standard, mentre il corpo e tutto ciò che gli esseri umani contattano regolarmente possono essere personalizzati. “L’additivo è perfetto per nicchie specifiche, quando abbiamo volumi bassi e costi per parte più elevati.” GM-Next-Gen-Lightweighting.jpg Una parte GM per alleggerimento di nuova generazione, proof-of-concept, prodotta tramite produzione additiva. (Fornito da EOS) Sia Bailo che Kelly pensano che, poiché la produzione digitale consente la personalizzazione di massa, il cliente lo richiederà. O forse più precisamente, sopravviveranno solo quelle aziende che traggono vantaggio dal miglioramento e dalla personalizzazione costanti abilitati da AM. Sta già accadendo, disse Bailo. La Hongguang Mini sta rapidamente riempiendo le strade della Cina, superando facilmente le vendite di Tesla negli ultimi mesi, in parte perché l’azienda è disposta a fare tutto ciò che il cliente vuole in termini di stile. (Vedi la foto della Mini nella prima pagina di questo articolo.) E non è solo colore. Vuoi che la tua auto sia coperta da un motivo per carta da parati? Nessun problema. Personaggi dei cartoni animati? Idem. Bailo ha detto di aver letto di un proprietario che ha speso oltre $ 2.000 per coprire l’interno dell’auto con velluto marrone, oltre a dozzine di luci scintillanti nel rivestimento del tetto. La Mini costa solo $ 4.200, quindi questo acquirente era disposto a pagare un 35 percento in più solo per la personalizzazione.

“Le persone non aspetteranno un ciclo di vita di cinque anni, o anche un ciclo di vita di due anni per un piccolo cambiamento”, ha affermato Bailo. “Guarda cosa sta facendo Tesla: volumi più piccoli, prodotti che cambiano rapidamente, cicli di sviluppo brevi, che quindi annullano la necessità di strumenti rigidi. È possibile utilizzare strumenti morbidi realizzati con additivi. E le persone vorranno che questi prodotti siano personalizzati proprio come possono personalizzare il proprio telefono oggi. Avrai bisogno di parti di breve durata con colori diversi. Per i servizi di ride sharing, avrai bisogno di parti di ricambio che dovranno essere realizzate rapidamente e in loco. Molte società di consegna faranno la propria manutenzione. Quindi ci sarà un ruolo per l’additivo”. A differenza di Kelly, Bailo non vede necessariamente AM assumere le parti ad alto volume, ad esempio gran parte dello skateboard. Ma per l’interfaccia umana, sarà essenziale. Non pensa che la maggior parte degli acquirenti sia così preoccupata da chi ha fatto cosa sotto il cofano ora. E “in futuro, il sistema di propulsione diventerà ancora più mercificato. È qualcosa che tutti considerano la loro salsa segreta, perché è così competitivo in termini di chilometraggio e autonomia. Ma alla fine non lo sarà, come è diventato oggi il motore a combustione interna”. Si aspetta di vedere l’ottimizzazione della piattaforma e la condivisione della piattaforma, con la personalizzazione che avviene nel “cappello a cilindro”. Bailo ha detto: “Il modo in cui quel veicolo interagisce con te, la creatura ti conforta, è ciò che ti porterà a quel marchio”, ha spiegato Bailo. “E sempre di più, è l’interfaccia uomo-macchina. Il 25% degli acquirenti di auto oggi non testa il proprio veicolo, ma vuole assicurarsi che il proprio telefono si accoppi”. Preoccupazioni della catena di approvvigionamento Secondo Bailo, “le aziende che avranno successo in futuro sono quelle che capiscono come analizzare il rischio e quindi mettono in atto catene di approvvigionamento per gestirlo. … Non significa che tutto andrà alla produzione locale. Ma [le aziende] lo faranno in modo molto strategico, sulla base degli elementi che ritengono le mettano a rischio se non lo hanno localizzato”. La nozione di Kelly di una rete distribuita di siti AM sarebbe di grande aiuto. Wohlers ha convenuto che “la produzione additiva aiuterà a semplificare le catene di approvvigionamento per alcuni tipi di parti”, ma ha avvertito che “ci vorranno anni per certificare i fornitori. La pandemia ha motivato gli OEM a muoversi in questa direzione, quindi il processo è in corso”. Si potrebbe pensare che la certificazione automobilistica per molte parti prodotte additivamente sarà matura entro il 2035. Dopotutto, come ha sottolineato Walker, abbiamo già parti additive nei nostri corpi e negli aerei commerciali (comprese parti critiche di motori a reazione). Se la comunità medica e la FAA possono certificare i processi e le parti AM ( pezzi di ricambio ), anche il settore automobilistico può farlo. C’è un altro aspetto, quasi nascosto, di AM che aiuta a proteggere la catena di approvvigionamento: la sua semplicità e stabilità rispetto alla lavorazione sottrattiva. Come ha affermato Walker, “i nostri sistemi sono molto ripetibili perché sono tutti tecnologia laser. Non è come una macchina CNC in cui le viti a ricircolo di sfere si muovono e si usurano nel tempo. … E ogni vite a ricircolo di sfere, dal numero di serie al numero di serie, si muoverà in modo leggermente diverso. E forse il motore che guida la vite a ricircolo di sfere si consuma, e così via. … Non ci sono davvero parti mobili nelle nostre macchine. Hai un laser e un galvos e, una volta che sei soddisfatto della tua configurazione, puoi trasferirlo su altri sistemi e si ripeterà incredibilmente bene. AM consentirà a molte aziende che oggi non sono produttori automobilistici di primo livello di diventare fornitori automobilistici su larga scala in futuro”.

Advertisement