Como os carros do futuro poderiam ser projetados e fabricados como smartphones

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Kevin Czinger considera que os automóveis podem ser concebidos e fabricados como smartphones, com as marcas a desenvolver produtos indispensáveis ​​com a ajuda de supercomputadores artificialmente inteligentes e aprendidos por máquina, com a construção entregue a uma constelação desglobalizada de fabricantes contratados. A manufatura aditiva, ou impressão 3D, é fundamental para sua visão e é a missão de sua empresa, a Divergent 3D.

Quando abordei pela primeira vez a ideia de Czinger em 2017, a arquitetura de seu veículo envolvia nós de alumínio impressos em 3D conectando tubos de fibra de carbono comerciais cortados no comprimento certo. Hoje, os tubos de carbono foram eliminados e os nós evoluíram para estruturas muito mais inteligentes, como chassis auxiliares (para o Aston Martin DBR22), componentes de suspensão, uma caixa de transmissão (da Xtrac) e talvez em breve um bloco de motor.

O hipercarro Czinger 21C em que viajamos é uma prova de conceito glamorosa para uma visão mais ampla, onde a fabricação com baixo investimento e baixo carbono permite transporte acessível. Entre os desenvolvimentos mais impressionantes feitos desde 2017 estão os algoritmos de projeto auxiliados por computador que a empresa de Czinger desenvolveu, que aproveitam a Otimização Estrutural Evolutiva Bidirecional (BESO). Este processo de design iterativo determina não apenas a forma do componente a ser produzido pela "impressora" de sinterização de metal em pó de 12 lasers, mas também a liga ideal da qual ele é feito.

Os engenheiros começam definindo a forma geométrica básica de uma peça ou estrutura, seus locais de montagem, as cargas que se espera suportar em condições normais, a deformação que deve permitir em caso de colisão, requisitos de fadiga, questões de reparabilidade, condições ambientais de operação (por exemplo, será expostos a elementos corrosivos ou temperaturas extremas?) e, finalmente, metas de peso e custo. Uma vez programadas todas essas condições, os algoritmos de Czinger selecionam uma liga metálica ideal para a peça, escolhendo entre 28 elementos acessíveis e geralmente acessíveis. Também define a forma ideal, colocando o material apenas onde for necessário para estrutura, fluxo de fluido ou outros motivos. Por fim, ele programa a estratégia de camada de impressão 3D com maior eficiência energética a laser para a peça.

Quando necessário, o computador pode subdividir uma estrutura ou peça em peças menores que caibam na impressora 3D específica, recomendando a melhor abordagem para unir peças individuais – seja por colagem ou (para peças reparáveis) fixação mecânica. As peças coladas recebem as abas e ranhuras ou janelas necessárias para a aplicação e/ou cura dos diversos adesivos. Um desses cura no forno em 60 minutos, e outro patenteado pela Czinger cura em 2,0 segundos usando luz ultravioleta. Este último é usado para "soldar por pontos" peças que vão para o forno. O objetivo é que cada peça surja desses processos de formação e colagem, sem necessidade de tratamento térmico adicional ou contramedidas contra corrosão e apenas com usinagem e pós-processamento mínimos antes da montagem final.

O resultado é uma peça leve e forte que reduz a contagem total de peças e elimina processos de submontagem, como uma gigacasting Tesla, mas sem os gigantescos custos de ferramentas necessários para comprar uma plataforma de fundição gigantesca e formar matrizes complexas para múltiplas peças. É necessária muito menos energia para produzir cada peça, e as alterações no design do produto são tão simples quanto enviar um novo código para a impressora. Também há um desincentivo mínimo para mudar da produção de uma peça para a produção de outra na mesma máquina.

A linha de montagem proposta por Czinger ocupa uma área hexagonal de cerca de 75 pés de largura e pode montar 10.000 chassis rolantes ou 100.000 chassis auxiliares por ano. Esta linha leva de duas a três semanas para ser configurada e comissionada, quase como as máquinas de impressão 3D, tornando esta operação de fabricação de pequeno porte muito rápida de escalar e extremamente adaptável.

Com tal operação, o ponto de equilíbrio para um determinado produto praticamente desaparece, e as consequências de um projeto de produto fracassado são quase eliminadas porque, com o mínimo de ferramentas tradicionais, o maquinário pode ser programado rapidamente para fabricar peças para outro carro ou outra indústria. O armazenamento de peças de reposição volumosas torna-se desnecessário, pois as peças de reposição podem ser impressas sob demanda.