Neumático Hankook

“El objetivo principal de usar la impresión 3D es comunicarse mejor con I+D antes de que construyan el molde real para producir el neumático. Los moldes tradicionales se mecanizan y cuestan mucho dinero y tiempo de desarrollo, pero esa ha sido también la forma convencional de determinar nuevos diseños, formas e incluso volúmenes. Ahora, utilizando las tecnologías de fabricación aditiva de 3D Systems, podemos trabajar más rápido con I+D para determinar la forma o la estructura utilizando pequeñas porciones de esta y luego probar nuestros prototipos en cuanto a seguridad, ruido y otros parámetros.” 

- Rosa Youn, directora de Design Innovation Studio, Hankook Tire & Technology
 

Hankook Tire & Technology comprende que las soluciones de movilidad autónoma del futuro requieren una nueva generación de neumáticos que combinen un mantenimiento mínimo con una seguridad y comodidad máximas. Gracias a su bajo mantenimiento y a su mayor seguridad, los NPT están predestinados a este campo de aplicación, pero desarrollar un NPT que cumpla todos estos requisitos supuso un reto de diseño complejo y costoso. Los diseñadores de Hankook creían que un diseño biomimético que imitara los tejidos biológicos proporcionaría soporte interno para el NPT, pero con un número casi infinito de posibles diseños de estructuras celulares, el estudio de diseño de Hankook necesitaba una forma de evaluar rápidamente las piezas parciales y escalar modelos completos. 

Los métodos tradicionales de creación de prototipos de neumáticos nuevos solían comenzar con un boceto en 2D y pasaban a un diseño CAD en 3D que se convertía, mediante hábiles maquinistas humanos, en un molde de aluminio. Todo el proceso era demasiado costoso y demasiado lento, y cada iteración tardaba potencialmente semanas o meses. 

Además, la matriz de “radios” de soporte biomimético del NPT desafió incluso a las estaciones de mecanizado más competentes debido a sus complejas estructuras huecas e interconectadas. Luego de analizar varios sistemas de fabricación aditiva para la creación rápida de prototipos y la producción de tiradas cortas, Hankook eligió la plataforma tecnológica Figure 4 de 3D Systems para las estructuras de soporte de plástico y la banda de rodadura de caucho. Hankook también recurrió al socio de 3D Systems, CEP Tech, para la sinterización selectiva por láser (SLS) para la conformación de las estructuras metálicas de los neumáticos y las bisagras, lo que aceleró el desarrollo de sus prototipos de NPT i-Flex. Como dicen los diseñadores de Hankook, el resultado es el futuro de la movilidad. 

El neumático NPT de Hankook incluye una compleja matriz de plástico biomimético para el soporte interno, una banda de rodadura externa elastomérica y piezas metálicas que realizan algunas de las funciones de soporte de una llanta de neumático, además de las funciones adicionales necesarias para los vehículos autónomos. Mecanizar estas estructuras huecas en plástico sería prácticamente imposible. 

“Gracias a las tecnologías de fabricación aditiva [de 3D Systems], podemos diseñar o fabricar cualquier cosa que queramos o que podamos imaginar. Esta tecnología puede eliminar los límites de la fabricación, lo que es realmente genial para nosotros. Con el diseño tradicional de productos hay muchos límites, por ejemplo, en la construcción y la mecanización. Las herramientas de mecanizado tienen límites. La fabricación aditiva no tiene estos límites”, dijo Hee Sung Jang, diseñador de Design Innovation Studio de Hankook Tire & Technology.

Con la plataforma Figure 4, los diseñadores de Hankook pueden repetir rápidamente diferentes matrices de soporte utilizando el plástico Figure 4 PRO-BLK 10 con sus propiedades mecánicas similares a las termoplásticas. El equipo del estudio de diseño de Hankook pudo convertir rápidamente los diseños en 3D de diferentes matrices biomiméticas en prototipos parciales o a escala que mantuvieran el mismo espaciado celular (lo que es de vital importancia para las pruebas posteriores), y al mismo tiempo limitando los costos de desarrollo. Con piezas parciales que incluyen estructuras celulares a escala real, los diseñadores del estudio de diseño podrían calibrar rápidamente las fortalezas relativas entre los diseños candidatos mediante pruebas físicas, antes de proceder al montaje completo de los neumáticos. 
 

Los neumáticos, incluidos los NPT, deben ser seguros y duraderos, pero también deben ser agradables en cuanto a la estética y la acústica. En resumen, la gente no comprará neumáticos feos y no seguirá comprando neumáticos ruidosos. Tras desarrollar la matriz de soporte NPT, los diseñadores del estudio de diseño de Hankook pudieron desarrollar diseños parciales y a escala de la banda de rodadura utilizando los materiales elastoméricos de Figure 4 RUBBER-65A BLK. 

“Al utilizar esos materiales y piezas parciales, podemos evaluar la pieza en cuanto a ruido y seguridad”, dijo la señora Youn. “El sistema de prueba hace pasar aire o agua por el canal o la ranura, [y] medimos el ruido para saber si la estructura es adecuada o no”. Agregó que, en el futuro, la construcción de estas bandas de rodadura en material translúcido Figure 4 hará que el proceso sea aún más fácil y permitirá a los ingenieros ver cómo el fluido viaja por los surcos de la banda de rodadura, una parte clave de la seguridad de los neumáticos en condiciones meteorológicas adversas.

Además, la impresión de las bandas de rodadura de los neumáticos facilita a los ingenieros de fabricación la evaluación de los nuevos NPT en cuanto a su estabilidad y a la posibilidad de que se agrieten y reduzcan su fiabilidad.  
 

La capacidad de la fabricación aditiva para desarrollar formas complejas también permitió a los diseñadores de Hankook desarrollar ranuras y estructuras internas que ayudan a conectar los tres elementos principales de los neumáticos: la banda de rodadura, las matrices de soporte NPT y los componentes termoplásticos móviles de la llanta. Los componentes termoplásticos fueron fabricados por CEP Tech con la tecnología SLS de 3D Systems. Esto fue nuevo para Hankook, ya que los neumáticos tradicionales no constan de piezas móviles.  

“Una de las razones principales por las que elegimos 3D Systems en comparación con la competencia es que su selección de materiales es muy amplia”, dijo Rosa Youn, directora de Design Innovation Studio de Hankook Tires. “Cubre todos nuestros requisitos de materiales. Además, Figure 4 es rápido. El ahorro de tiempo, la confiabilidad, el servicio, la mejor solución de problemas, la disponibilidad del sistema y el precio razonable fueron los factores clave para tomar la decisión. Creemos en el valor de Figure 4 de 3D Systems. Para mí, es uno de los mejores sistemas de fabricación aditiva del mundo”.
 

El estudio de diseño de Hankook ya ha ampliado el uso de la plataforma Figure 4, utilizándola para desarrollar las bandas de rodadura y los perfiles tradicionales de los neumáticos para las pruebas. Esto permite iteraciones más rápidas de todos los nuevos diseños de productos, no solo los revolucionarios, sino también los evolutivos.