Maetal Based Additive Manufacturing of Welding Jigs Elements

El objetivo de este proyecto era estudiar la posible aplicación de tecnologías de fabricación aditiva en metal, en particular la fusión selectiva por láser (SLM), a la fabricación de elementos de plantillas de soldadura para su uso en talleres de carrocería de automóviles. Tiene su origen en la necesidad de encontrar nuevas soluciones de fabricación capaces de hacer frente a la creciente flexibilidad que la industria exige no sólo en los productos finales, sino también en los equipos de producción. En la industria automovilística en particular, fenómenos como el creciente número de tipos y variantes de vehículos, la aparición del vehículo eléctrico y la diversificación global de la industria están aumentando significativamente la demanda de flexibilidad en la producción de carrocerías.

En el caso de este proyecto, el objetivo principal era rediseñar completamente una plantilla de soldadura manual para sustituir todos los elementos que en el presente se fabrican con tecnologías de fabricación convencional – corte por agua y mecanizado – por elementos fabricados con la novedosa tecnología SLM, que basa sus principios de funcionamiento en la aplicación de una fina capa de polvo metálico y la posterior fusión de la sección transversal de la pieza con un haz láser guiado de alta energía. Este proceso se repite hasta que se ha producido toda la altura de la pieza. Este procedimiento de fabricación permite una libertad prácticamente ilimitada para la geometría de las piezas, sólo limitada por aspectos como la altura mínima de las capas o el espesor mínimo. Como consecuencia, se pueden desarrollar geometrías mucho más complejas adaptadas a las necesidades específicas de cada elemento de la plantilla de soldadura. Sin embargo, otro aspecto importante de la tecnología SLM es el alto costo que suelen tener las piezas fabricadas con ella. Por ello, además del rediseño completo y la adaptación de la plantilla de soldadura, este proyecto abordó un análisis económico de los elementos resultantes con el fin de evaluar su eficiencia económica con respecto a los originales.

This project’s objective was to study the possible application of metal additive manufacturing technologies, in particular selective laser melting (SLM), to the manufacturing of welding jig elements to be used in the body in white industry, that is, in automotive body shops. It originates from the need to find new manufacturing solutions able to cope with the increasingly high flexibility that the industry demands not only from end products, but also from production equipment. In the automotive industry in particular, phenomena like the increasing number of vehicle types and variants, the appearance of the electric vehicle and the global diversification of the industry are significantly increasing the demand for flexibility in body production.

In the case of this project, the main aim was to fully redesign a manually operated welding jig in order to replace all the elements that are now manufactured with traditional manufacturing (TM) solutions – water-jet cutting and machining – with elements manufactured with the recently developed SLM technology, which bases its working principles in the application of a thin metal powder layer and the subsequent melting of the part’s cross-section with a guided high-energy laser beam. This process is repeated until the full height of the part has been produced. This manufacturing procedure allows for a virtually unlimited freedom for the geometry of the workpieces, only restricted by aspects like minimum layer height or wall thickness. As a consequence, much more complex geometries can be developed tailored for the specific requirements of each welding jig element. However, another important aspect of SLM is the high cost that parts manufactured with this technology usually have. That is why, apart for the full redesign and adaptation of the welding jig, this project tackled an economic analysis of the resulting elements in order to evaluate their economic efficiency against the original ones.