La marca de lujo francesa amplía su liderazgo tecnológico con el desarrollo de componentes impresos en 3D de gran precisión utilizados para fabricar el Bugatti Bolide.
Imagina componentes ultraligeros que sean tan resistentes como una columna de hormigón armado. Ahora es posible, gracias a la tecnología dirigida por los innovadores ingenieros de Bugatti. La varilla de empuje impresa en 3D de nuevo desarrollo -una barra de acoplamiento cargada a presión en la zona del chasis- pesa sólo 100 gramos y puede transmitir fuerzas de hasta 3,5 toneladas. La estructura hueca de titanio con arco de soporte interno proporciona una resistencia increíble y es otro avance de ingeniería demostrado por la experiencia de Bugatti.
Este nuevo proyecto está dirigido por Henrik Hoppe, estudiante de doctorado del departamento de Nuevas Tecnologías de Bugatti, que lleva desarrollando materiales metálicos y procesos de fabricación innovadores desde 2017. Escribió su tesis de máster sobre una metodología de cálculo para una pinza de freno de titanio impresa en 3D, que es un 43% más ligera que el componente de producción del Chiron, ya muy optimizado en cuanto a peso, e igual de rígida. “Mediante el proceso conocido como fusión selectiva por láser, comúnmente conocido como impresión 3D, se pueden fabricar componentes nuevos, huecos y ultracomplejos, rigidizados desde el interior, que son muy ligeros y, sin embargo, extremadamente rígidos y fuertes. Aprovechamos estas ventajas para un número cada vez mayor de componentes de nuestros hiperdeportivos”, explica Hoppe.
En su tesis doctoral, el ingeniero industrial va un paso más allá. Hoppe es pionero en un nuevo sistema, debido a la intensidad de costes y tiempo que implica el ciclo completo de la cadena del proceso de fabricación, desde el concepto hasta la entrega. Hoppe utiliza este sistema para identificar el potencial comercial y tecnológico de los componentes metálicos funcionales impresos en 3D para la fabricación de automóviles, y puede mejorar este potencial con una orientación aplicada a piezas específicas. Anteriormente, este tipo de componentes se utilizaban predominantemente en el sector aeroespacial.
Componentes impresos en 3D con una estructura compleja similar al hueso
Bugatti utiliza habitualmente esta innovadora tecnología de impresión 3D para mejorar componentes con complejas estructuras tridimensionales. El fabricante de lujo francés aplica principios del campo de la biónica para dar a los componentes impresos una estructura similar a la ósea: con paredes finas, un interior hueco y una fina ramificación. Y es precisamente así como los componentes obtienen su notable rigidez a pesar de su bajo peso, con espesores de pared de hasta sólo 0,4 milímetros. “Seguiremos reduciendo el peso de nuestros coches al tiempo que aumentamos sus características innovadoras en todos los ámbitos imaginables”, explica Henrik Hoppe. Desde la concepción hasta la instalación en el vehículo, pasando por la producción, el ingeniero diseña y planifica cada uno de los pasos y realiza todos los cálculos. Esto incluye también la evaluación de la viabilidad comercial de la producción de los componentes. “Aunque Bugatti exige los máximos niveles de calidad en cuanto a materiales, procesos de fabricación y componentes, éstos deben ser comercialmente viables”, añade.
Bugatti toma la delantera en la impresión 3D
Bugatti es el líder tecnológico en el campo de la impresión metálica en 3D. Desde el inicio de la producción del Chiron, el hiperdeportivo está equipado con el primer componente funcional metálico impreso en 3D producido en serie en la industria: una pequeña consola de bomba de alta presión que transporta agua junto al depósito del líquido de transmisión. En 2018, Bugatti presentó el mayor componente de titanio impreso en 3D del mundo, una pinza de freno de titanio. Le siguió el mayor conjunto funcional híbrido del mundo fabricado con titanio impreso en 3D y carbono en espiral. “Estos componentes son extremadamente ligeros, robustos y duraderos, por lo que son absolutamente adecuados para su uso en vehículos de producción”, afirma Frank Götzke, Director de Nuevas Tecnologías de Bugatti.
Los nuevos materiales y procesos de fabricación se utilizan ahora en el portador de tecnología Bugatti Bolide, que celebró su estreno mundial a finales de octubre de 2020. “Como vehículo experimental con forma de coche de carreras, el Bolide no es un coche de exhibición; es un extracto sin concesiones, listo para la carretera, de toda la experiencia tecnológica de Bugatti. Los entusiastas de Bugatti también encontrarán estas tecnologías de vanguardia en otros vehículos en el futuro”, dice Frank Götzke.
Al igual que los turboventiladores que se suelen utilizar en los deportes de motor, Bugatti ha encontrado la forma de incluir compresores radiales en llantas forjadas de magnesio ultraligeras. Su aspecto es similar al de una llanta, pero desempeñan múltiples funciones: bombean el aire fuera de los alojamientos de las ruedas a través de los frenos y extraen el aire caliente hacia el exterior. De este modo, los turboventiladores refrigeran los frenos y minimizan la elevación. A diferencia de las conocidas soluciones monomateriales, los componentes del Bólido tienen una estructura híbrida. Consiste en una cazoleta central de titanio impreso en 3D con un grosor de 0,48 milímetros, y una placa de carbono de 0,7 milímetros de grosor con pequeñas palas interiores, también de carbono. Las piezas transversales de 0,48 milímetros de anchura aumentan aún más la rigidez de la cazoleta central de titanio, que pesa sólo 100 gramos. Todo ello suma un peso total inferior a 400 gramos para un turboventilador individual de 18 pulgadas en las ruedas traseras (17 pulgadas en las delanteras). Esto no sería posible con una solución monomaterial debido a que no es posible alcanzar la resistencia al pandeo y la rigidez a la flexión específicas.
325 gramos para contener 1,8 toneladas
También se utilizan componentes muy complejos de la impresora 3D en lugares ocultos. Bugatti imprime en titanio un soporte de montaje para el alerón delantero, en el que se puede montar a tres alturas diferentes. Con un interior hueco y un grosor de pared de 0,7 milímetros, el soporte de montaje puede soportar una carga aerodinámica de hasta 800 kilogramos, con un peso de sólo 600 gramos. La fuerza descendente del alerón trasero, que puede alcanzar hasta 1,8 toneladas a 320 km/h, se introduce a través de la aleta central de carbono del Bólido en la matriz estructural superior, que forma la terminación superior del bastidor trasero de acero inoxidable de alta resistencia. Dentro de esta aleta central hay un componente de titanio laminado e impreso para conectar la aleta al ala, cuyo ángulo puede ajustarse mediante una barra de acoplamiento. A pesar de su rigidez, sólo pesa 325 gramos. Los ingenieros también utilizan titanio para imprimir el soporte de montaje de la columna de dirección, que lleva integrado un soporte para el salpicadero, el collarín de soporte para el paso de la columna de dirección y las dos salidas de aire del interior del vehículo. Todos los componentes están diseñados como estructuras huecas ligeras, con un grosor de pared uniforme de 0,5 milímetros.
El Bólido dispone de un control de las ruedas basado en una cinemática de doble trapecio tanto en el eje delantero como en el trasero. En el eje trasero, los elementos de amortiguación de los muelles tienen una configuración vertical, mientras que en el eje delantero están dispuestos horizontalmente en ángulo recto con la dirección de la marcha. Los muelles son de titanio, y los amortiguadores disponen de un mecanismo de ajuste y un depósito, integrado internamente en los amortiguadores del eje delantero. En el caso de los elementos amortiguadores de muelle horizontal del eje delantero, las fuerzas de contacto verticales se transmiten mediante un varillaje situado directamente junto a los cojinetes basculantes de los trapecios inferiores a través de varillas de empuje y balancines. Los soportes que controlan los balancines tienen un grosor de pared de sólo 0,4 milímetros y pesan sólo 95 gramos cada uno. Los balancines pesan algo menos de 195 gramos cada uno. Dado que el aire fluye completamente a través del eje delantero del Bólido, sus componentes cinemáticos -tanto los componentes de titanio impresos en 3D como los trapecios de acero inoxidable de alta resistencia- son extremadamente ligeros, rígidos y aerodinámicamente optimizados. La resistencia a la tracción de éste y todos los demás elementos impresos en 3D es de 1.250 N/mm2. “Mediante un proceso especial de tratamiento térmico desarrollado internamente, conseguimos esta alta resistencia a la tracción con una tensión de fractura simultáneamente alta, de al menos el 19%”, explica Götzke.
La varilla de empuje pesa sólo 100 gramos
Los desarrolladores están especialmente orgullosos de las varillas de empuje del Bólido. “Transfieren una fuerza a los balancines que, dependiendo de la maniobra de conducción, equivale a un peso de hasta 3,5 toneladas. Sin embargo, gracias a la aplicación de múltiples ideas, sólo pesan lo mismo que una tableta de chocolate, es decir, 100 gramos cada una”, explica Henrik Hoppe. Por primera vez, los desarrolladores de Bugatti variaron el grosor de las paredes de las finas varillas huecas. Se hacen más gruesas hacia el centro y luego vuelven a ser más finas, lo que significa que se adaptan de forma óptima a la tensión localizada. Similar a un hueso humano, el componente tiene una estructura interna. Esta estructura especial también se ha registrado recientemente como patente.
En el embellecedor del tubo de escape, un componente híbrido de titanio y cerámica impreso en 3D, Bugatti ha reducido el peso a la mitad, aproximadamente, en comparación con los embellecedores del tubo de escape de titanio de peso optimizado ya conocidos de la producción en serie. El componente, que mide más de 280 milímetros de longitud y tiene un grosor de pared constante de sólo 0,5 milímetros, pesa por tanto menos de 750 gramos. Como el material cerámico es un conductor del calor mucho menos eficaz que el titanio, Bugatti introdujo elementos cerámicos especiales que se incorporan a la carcasa de titanio y centran la cubierta con respecto a la piel exterior de carbono, de modo que ésta no se daña ni siquiera a altas temperaturas de los gases de escape. Este escudo térmico también se apoya en una tobera Venturi incorporada: cuando los gases de escape calientes entran en la tapa del embellecedor del tubo de escape, se aspira aire fresco, creando así una camisa de aire frío alrededor del flujo de gases de escape calientes. En su totalidad, se trata de una invención para la que Bugatti ha presentado una solicitud de patente.
Componentes ligeros de la bólida
Con el lanzamiento del Bolide -el hiperdeportivo orientado a la pista- hace unos meses, Bugatti presentó un concepto tecnológico extraordinario. El emblemático motor W16 de 8,0 litros, con hasta 1.850 CV, propulsa un coche que pesa sólo 1.240 kg. Esto equivale a una increíble relación peso/potencia de 0,67 kg/CV, una velocidad máxima de más de 500 km/h, un manejo perfecto y la máxima agilidad. “Son los muchos aspectos tecnológicos destacados del Bólido los que lo hacen tan especial. Pero también pueden trasladarse a los vehículos de producción. Esto es lo que seguimos desarrollando y en lo que seguimos trabajando, porque Bugatti se ha distinguido por sus impresionantes innovaciones durante más de 110 años, y seguirá haciéndolo en el futuro”, dice Frank Götzke.
