Innovación automotriz: México brilla en los premios SPE

Los Premios a la Innovación Automotriz de la Sociedad de Ingenieros Plásticos de Estados Unidos (SPE) ofrecen una visión única de las tecnologías y tendencias más innovadoras en la aplicación de materiales plásticos para el avance de la industria automotriz.

Desde su inicio en 1970, esta competencia ha evolucionado para convertirse en la más antigua e influyente de su tipo en el mundo, al seguir de cerca el dinámico desarrollo de un sector que es punta de lanza para nuevos adelantos.

Cada año este evento atrae aproximadamente a 700 ingenieros, así como a numerosos equipos de trabajo compuestos por OEM (fabricantes de equipos originales), proveedores de diferentes niveles (Tier 1, 2 y 3) y productores de polímeros. Estos equipos, que envían nominaciones para las ocho categorías de la competencia, proporcionan detalles técnicos sobre sus piezas, sistemas o vehículos completos, y argumentan por qué merecen el reconocimiento como las aplicaciones más innovadoras de plásticos del año.

La gala de la 52ª edición de los premios Blue Ribbon SPE Automotive Innovation Awards, celebrada en noviembre de 2023, en Livonia (Michigan), resaltó varias aplicaciones pioneras que, sin duda, marcan la pauta tecnológica para la evolución del sector en los próximos años. Estas innovaciones reflejan el creciente uso de materiales poliméricos para alcanzar resistencia, ligereza y un rendimiento óptimo en la industria automotriz, en la que los aspectos de sostenibilidad y seguridad resultan prioritarios.

Otro aspecto destacado de la reciente entrega de premios fue el innegable papel protagonista del talento mexicano en la competencia. Justamente, en una de las categorías más codiciadas, la de Sustentabilidad, el equipo de Ford México se alzó como ganador al presentar una aplicación única en su tipo: la incorporación de resina con 20 % de contenido reciclado posconsumo en un componente a la vista. Además, cuatro equipos de General Motors México fueron nominados en categorías significativas.

“Observamos un aumento en la participación de equipos de ingeniería mexicanos en los últimos 5 años. Esto es alentador. Creo que debemos esperar más innovación de México, donde se ha colocado parte del liderazgo en ingeniería de OEM y Tier 1”, comentó Jeffrey Helms, director de los Premios desde 2010.

Acompáñenos en este recorrido por las aplicaciones más innovadoras de plásticos en la industria automotriz y descubra el destacado papel de México en esta gala.

Gran Premio del Año: vistazo a lo más impactante en plásticos para autos

El ganador en la categoría Gran Premio del Año (Grand Award) fue también ganador de la categoría de Interior del vehículo (Body Interior). El Gran Premio lo selecciona, entre los ganadores de cada una de las ocho categorías, un panel de jueces expertos de la industria.

El galardón principal fue otorgado al proyecto Mega bin/frunk, que aparece en la camioneta eléctrica F-150 Lightning, de Ford. Este logro único es un exponente de varias innovaciones. Se trata del frunk más grande de la industria. En su diseño original empleaba SMC pintado moldeado por compresión, mientras que, en la nueva propuesta, que resultó ganadora, utiliza LFT-PP procesado mediante moldeo por inyección para producir esta pieza de Clase A.

El cambio permitió reducir la masa en un 48 %. La productividad aumentó gracias a una reducción del 37 % en el tiempo de ciclo, que elimina así el costo y la carga ambiental de la pintura. También se mejoraron las interfaces de sellado, pues ya no es necesario el fresado secundario de agujeros y el frunk es completamente reciclable al final de su vida útil. Para moldear las piezas se utiliza una máquina de inyección de 4,000 toneladas y un molde equipado con un sistema de colada caliente de 16 cavidades.

El OEM que presentó la nominación es Ford Motor Co. El fabricante de la pieza, Cascade Engineering, usa el material Celstran PP-GF40 AD3004 (PP-LFT 40 % GF) grado inyección, de Celanese, y un molde de Commercial Tool Group.

Sustentabilidad: Ford México y el uso de PCR en autopartes Clase A

La categoría de Sustentabilidad, antes conocida como Ambiental (Environmental), cambió su nombre hace un par de años para incorporar la amplia gama de soluciones en este ámbito. El ganador de 2023, presentado por el equipo de Ford México, deslumbró con una aplicación sumamente novedosa.

La pieza ganadora, denominada “Frunk de una sola pieza” (One-Piece Frunk), se refiere al espacio de almacenamiento que se encuentra debajo del cofre de los vehículos eléctricos, como el Ford Mustang Mach E en este caso. Al no tener motor de combustión interna, el espacio disponible en esta zona les ofrece a los pasajeros una alternativa para resguardar sus pertenencias. En el caso del Ford Mustang Mach E, este frunk permite además guardar objetos húmedos gracias al sistema de drenaje con el que cuenta.

La innovación que le otorgó a Ford México este galardón radica en que por primera vez se utiliza un material reciclado PCR al 20 % en una aplicación estructural de frunk con coincidencia de color, MIC y para Clase A, es decir, en un componente a la vista.

La nueva versión, que resultó ganadora, redujo ligeramente la densidad y ofreció una mejor resistencia al impacto a ‒15 °C. El rediseño, que redujo también el número de componentes, de 6 a 1, eliminó dos soportes metálicos para un ahorro de 3 kg de masa, además de aumentar el volumen de carga y la funcionalidad. Asimismo, se optimizó la gestión del agua, se redujeron costos y mano de obra, con un ahorro estimado de 1,125 toneladas de CO₂ anuales.

Según Teresita Trejo Soto y Diego Villacrés Mesías, supervisores de ingeniería de cabina y Trim en Ford México, quienes presentaron la postulación, el diseño previo de este componente empleaba poliolefina termoplástica virgen con un 20 % de contenido de talco.

Además, incluía un ensamblaje complejo con dos soportes metálicos voluminosos para brindar estructura al componente y permitirle resistir las cargas requeridas, así como múltiples tapas plásticas para cubrir los elementos de sujeción que unían la parte a la estructura del vehículo.

El objetivo principal del nuevo diseño fue optimizarlo al máximo por medio de una reducción significativa de la cantidad de componentes en el ensamblaje y la introducción, por primera vez en un componente de apariencia Clase A, del uso de resina con contenido reciclado de plásticos posconsumo.

“De esta manera, entregamos una parte significativamente más sostenible, en concordancia con las expectativas de un vehículo eléctrico”, comentaron los expertos.

En cuanto a los materiales y procesos específicos de fabricación empleados en el desarrollo de esta pieza, los expertos explican que se utiliza la resina ADX-8326 de Advanced Composites. Esta poliolefina termoplástica contiene un 20 % de PCR (reciclado posconsumo), obtenido de vasos de yogur y residuos de envases, y un 10 % de talco.

Entre las características destacadas de esta resina se encuentran su ductilidad a bajas temperaturas y su capacidad para adquirir color con parámetros de apariencia comparables a los de una resina virgen. Por esta razón fue posible emplearla en una aplicación de Clase A, con requisitos de apariencia tan exigentes como los de cualquier parte del interior del vehículo.

Finalmente, las propiedades mecánicas de esta resina son comparables a las de la resina virgen utilizada en el diseño anterior, lo que, junto con los cambios estructurales implementados, permitió cumplir con los elevados estándares de calidad establecidos por Ford.

“IAC, nuestro proveedor, usa esta resina para producir nuestras piezas de inyección en una máquina inyectora de alto tonelaje. Cabe recalcar que, gracias al nuevo diseño, se redujo considerablemente el número de estaciones de ensamble, revisión y prensas de inyección utilizadas en este Tier 1”, comentaron los expertos.

Este proyecto fue un logro colectivo que involucró la participación de grupos interdisciplinarios en Ford, así como la colaboración con los equipos de ingeniería y desarrollo de sus aliados, incluido el proveedor de materiales Advanced Composites y el fabricante de los componentes IAC. También participaron equipos de validación y laboratorios en México para llevar a cabo las pruebas necesarias.

Teresita Trejo y Diego Villacrés opinan que la innovación presentada tendrá un impacto significativo en el sector automotriz gracias a su enfoque en la sustentabilidad.

“Indudablemente, proyectos que fusionan sustentabilidad, optimización e innovación representan el futuro de la industria automotriz. Este proyecto específico demuestra que es posible desafiar los estándares existentes para lograr resultados más eficientes, sin comprometer calidad y rendimiento. Esto se logra al dejar atrás los preconceptos que rigen la industria y al no descartar propuestas de diseño altamente disruptivas simplemente por el nivel de riesgo asociado a ellas. En cambio, mitigamos dicho riesgo a través de un minucioso proceso de validación que permite identificar áreas de oportunidad para optimizar el diseño, así como aprovechar estas oportunidades para implementar materiales que contribuyan a reducir la huella de carbono de nuestros productos”, comentaron los expertos.

Sobre su experiencia de participar en los Premios a la Innovación Automotriz de la SPE, los expertos señalan que fue enriquecedora. “Nuestros directores y gerentes nos sugirieron participar en el certamen tras notar desde etapas tempranas del proyecto el impacto que tendría su ejecución. El entusiasmo de los clientes por el nuevo diseño en foros automotrices, y saber que dar a conocer este desarrollo a nuestros colegas en la industria podría motivar la generación de proyectos similares, finalmente hizo que decidiéramos inscribirlo”.

GM México pisó fuerte en plásticos para la industria automotriz

Con nominaciones en cuatro categorías, el equipo de General Motors México dejó su huella en áreas clave, marcó el rumbo futuro de los plásticos en la industria automotriz y mostró nuevos productos que se están diseñando en México, en conjunto con sus proveedores.

Líneas plásticas de enfriamiento para aceite

La propuesta (Plastic Oil Cooling Lines) llevó a GM a formar parte del selecto grupo de finalistas de la competencia y a ganar una nominación en la categoría de Aftermarket y Vehículos de Edición Limitada/Especial (Aftermarket & Limited Edition/Specialty Vehicles).

Liderado por el ingeniero Manuel Hinojosa Jasso, especialista técnico en este segmento, el equipo de GM desarrolló una solución para vehículos de alto rendimiento, en este caso el Chevrolet Corvette E-Ray, que combina un motor de gasolina de 655 HP y 470 lb-pie con un motor eléctrico que adiciona 125 lb-pie.

Tradicionalmente, para esta aplicación se usaban tuberías de aluminio y mangueras de hule. No obstante, con esta propuesta se demostró que las tuberías de plástico ofrecen flexibilidad, menor masa y beneficios en costos. El material, poliamida 610, parcialmente flexible y con un 62 % de polímero basado en biomasa, promete beneficios para futuras aplicaciones.

Según Jasso, esta innovación se considera una solución para aplicaciones similares y tiene el potencial de nuevos usos, de acuerdo con los parámetros de operación de las aplicaciones específicas. “Las ventajas obtenidas con este proyecto hacen llamativa la aplicación en otros usos y hemos comenzado ya nuevos proyectos basados en materiales plásticos que reemplazan tecnologías tradicionales”.

Con respecto a las colaboraciones, Jasso comentó que, en la industria automotriz, llevar una solución a producción requiere la integración de un equipo, en el que los proveedores desempeñan un papel fundamental. “En este proyecto el proveedor directo es Veritas, experto en la fabricación de estos ensambles y con el que trabajamos muy estrechamente para el diseño y validación de esta nueva tecnología, al igual que con EMS-Grivory, que tiene un profundo conocimiento del compuesto plástico usado como base de este proyecto”.

Método alternativo de sujeción para ductos HVAC

 Gracias a la nominación de Alternative Attachment Method for HVAC Ducts, el equipo liderado por Christian Delgadillo Lugo y Ricardo Maldonado Gutiérrez Pliego, ingenieros de desarrollo de productos, GM estuvo en la competencia, en la categoría de “Proceso/Ensamble/Tecnologías Facilitadoras” (Process/Assembly/Enabling Technologies).

Los expertos describen la pieza como un ducto de aire acondicionado moldeado por soplado, que incorpora un sistema de fijación integrado utilizando material normalmente descartado (flashing).

“El objetivo era reducir la cantidad de componentes para esta operación en nuestra planta de ensamble. Obtuvimos una solución que, además de reducir el número de componentes, disminuyó el tiempo sin afectar el costo de la pieza”.

El material utilizado fue polietileno de alta densidad, moldeado por soplado. Esta innovación puede implementarse en cualquier aplicación que genere flashing y que exija material elástico para soportar deformaciones inherentes al proceso. Según Delgadillo y Maldonado, esta innovación simplifica el sistema y aumenta la sustentabilidad al reducir los desechos del proceso y disminuir el número de piezas de sujeción.

Acústico para aislar ruido

Otra nominación para GM se dio gracias al proyecto Dash Inner Plastic Injection Molding, en la reñida categoría de Materiales. Es un acústico que va en la pared de fuego, cuya función principal es disminuir el ruido de camino y de motor que ingresa al interior de la cabina.

El proceso de manufactura usado es la inyección de plástico (TPO), con el que se permitió tener geometrías de mejor cobertura y ayudar a mejorar el ensamble de este, así como interfaces más adecuadas a los componentes que lo rodean.

Según voceros del equipo, con esta innovación se buscaba disminuir el ruido en la cabina de pasajeros, maximizar la cobertura y reducir orificios, además de ofrecer alternativas de sujeción a componentes como arneses eléctricos, diseño estructural para apoyar la condición de impacto frontal, y reducir herramentales, costo/pieza, y masa comparada con un acústico convencional.

Según Juan Carlos Esquivel, Design Release Engineer, la innovación de la propuesta radica en que este tipo de componente inyectado ayuda a reducir la complejidad en la planta al momento de ensamblar la parte, ya que los puntos de sujeción son más accesibles y amigables en el proceso de manufactura.

“Se utilizan materiales reciclados, pues actualmente la pieza cuenta con más del 50 % de material reciclado; ambos temas son pilares esenciales para General Motors”, comentó.

Este desarrollo fue trabajado en conjunto con Cascade Engineering como proveedor. Del Centro de Ingeniería de Toluca de General Motors (TREC) formaron parte del equipo concursante Alberto Naim Karam Marroquín y Juan Carlos Esquivel Reyes, Design Release Engineers. Asimismo, Adrián Rodríguez Márquez, Engineering Group Manager, y los ingenieros de diseño Rafael Cuarenta Sámano y Juan Jesús Ortiz Tenorio.

Piso de cajuela con diseño de superficie lunar

General Motors México también compitió en la categoría de Materiales con su nominación Moon Pattern Load Floor. La pieza presentada, un piso de cajuela para la GMC Hummer EV, consta principalmente de tres capas de material (superficie textil en cara B, alma del piso de material honeycomb y superficie en cara A de uretano inyectado). El proceso de fabricación, denominado Overmold Urethane, implica la inyección del material sobre la superficie del honeycomb en el molde, donde llena todas las cavidades para crear la superficie con el diseño deseado.

Según explicó Gabriel Arreola Barragán, Design Release Engineer Interior Trim, y quien presentó la nominación, al tratarse de un vehículo todoterreno de alto segmento, se buscaban materiales que proporcionaran la durabilidad requerida sin comprometer la estética.

La tecnología U Skin, que brinda versatilidad al incorporar una especie de tapete plástico como parte del piso de la cajuela, elimina la necesidad de adquirir un componente adicional para la protección del piso. El material y la tecnología permiten la creación de diseños peculiares, como el patrón de la superficie lunar, integrado en este caso como estrategia de mercadotecnia.

Esta innovación se destaca porque la tecnología puede aplicarse no solo a los pisos de este tipo de vehículos, sino a otros componentes dentro del mismo, para proporcionar apariencia y durabilidad sobresalientes en comparación con los materiales tradicionales.

Valley Enterprises fue el proveedor directo que colaboró en el diseño y la ejecución del componente. Tras el proveedor hay un equipo integral que posibilita este logro, incluidos los proveedores del molde y de la materia prima.

El equipo de diseño de GM también desempeñó un papel crucial, ya que fue el primer desarrollo con este tipo de ejecución. Su conocimiento técnico, clave para el diseño y desarrollo del componente, logró un producto de alta calidad sin contratiempos.