O material mix e a selecção de materiais na indústria automóvel

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Marco Leite

marcoleite@técnico.ulisboa.pt

Telefone: 965409801

ENCONTRO AFIA METALURGIA / METALOMECÂNICA Auditório da AEP | Leça da Palmeira | 29 de Maio de 2018

O “material mix” e a selecção de materiais na indústria

automóvel

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Outline

• Selecção de Materiais

• Os materiais na industria automóvel

• Grandes desafios da industria automóvel • O papel dos novos materiais

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Selecção de materiais

• “Aluminum alloy sheet is attractive for automobile body and panel

applications because of its low density, high strength, good formability, excellent corrosion resistance, and availability in volume from

well-established and highly competent suppliers.”

• Retirado de Aluminum industry roadmap for the automotive market: Enabling Technologies and Challenges for Body Structures and Closure. May 1999

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Selecção de materiais

• “Aluminum alloy sheet is attractive for automobile body and panel applications because of its low density, high strength, good formability, excellent corrosion resistance, and availability in volume from well-established and highly competent suppliers.”

• Retirado de Aluminum industry roadmap for the automotive market: Enabling Technologies and Challenges for Body Structures and Closure. May 1999

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Selecção de materiais

• “Aluminum alloy sheet is attractive for automobile body and panel applications because of its low density, high strength, good formability, excellent corrosion resistance, and availability in volume from well-established and highly competent suppliers.”

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Selecção de materiais

applications because of its low density, high strength, good formability,

excellent corrosion resistance, and availability in volume from well-established

and highly competent suppliers.”

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Selecção de materiais

applications because of its low density, high strength, good formability, excellent corrosion resistance, and availability in volume from well-established

and highly competent suppliers.”

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Selecção de materiais

applications because of its low density, high strength, good formability, excellent corrosion resistance, and availability in volume from

well-established and highly competent suppliers.”

• Então? E o que falta? Custo? Consumo de CO2? Processos de ligação? Consistência no

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O problema da selecção de materiais

• O custo/preço dos materiais têm influência na selecção

• Mas as mudanças de materiais derivam de Substituição de Tecnologia! • Porquê?

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Selecção de materiais

• O material seleccionado tem de executar uma determinada tarefa e deve fazê-lo de forma económica e socialmente aceitável.

Leite, M., Henriques, E., Silva, A., On the influence of material selection decisions on second order cost factors. Chapter 4 in Technology and Manufacturing Process Selection: the Product Life Cycle Perspective (2014)

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Selecção de materiais

• O material seleccionado tem de executar uma determinada tarefa e deve fazê-lo de forma económica e socialmente aceitável.

• O que será então aceitável?

–Muitas vezes nem sequer é um assunto técnico –Muitas vezes tem a ver com o contexto

• Regulação, legislação, mercados, cultura! influence of material selection decisions onLeite, M., Henriques, E., Silva, A., On the second order cost factors. Chapter 4 in Technology and Manufacturing Process Selection: the Product Life Cycle Perspective (2014)

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Selecção de materiais

• A engenharia é muito importante, mas o contexto é muito relevante. • A substituição de materiais depende muito em oferecer melhores

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Realidades da substituição de materiais

• Tal como qualquer inovação é difícil e arriscada: –A performance é um “moving target”

–Quais são os níveis de performance:

• Custo, sustentabilidade, fiabilidade, reciclabilidade, flexibilidade

–A selecção de materiais normalmente é constrangida:

• Conhecimento dos materiais, networks, custos de capital, risco de performance e flutuação de preços no mercado…

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Substituição de materiais

• Primeiro a história:

–Como chegamos aqui? Quanto do que temos se baseia apenas em factores de engenharia, factores sociais ou económicos?

• Depois:

–Perceber que o argumento técnico nem sempre é suficiente –Existem outros factores na selecção de materiais!

• Finalmente:

–Compreender como as inovações em materiais e tecnologias se expressam em termos de propriedades emergentes.

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Substituição de materiais

• Existe então substituição de materiais e tecnologias quando: –Existe uma tecnologia/material claramente superior.

–Quando a substituição permite aliviar constrangimentos. –Quando há legislação/regulamentação.

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Grandes Desafios na Industria Automóvel

• Novos “powertrains”

• A electrificação vai alterar alguns paradigmas

• Veículos autónomos

• A “Uberização” vai impactar as vendas e serviços pós venda.

• Redes informação – “internet connected cars”

• Os automóveis são mais inteligentes e estão ligados. “Big data” está a chegar.

• Produtos globais e Consolidação de plataformas

• Mercados globais aumentam o perigo de falta de customização

• Legislação e regulamentação

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Grandes Desafios na Industria Automóvel

• Menos peso estrutural

• Maior gama de materiais usados

• Mais tecnologias de informação usadas no automóvel • Pressão regulatória para reduzir emissões

• As grandes decisões passam (quase) sempre por diminuir o peso sem

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Selecção de materiais

• O aço representa cerca de 95% das vendas em volume de todos os metais!

• Incluindo todas as indústrias…

• A industria do aço tem vindo a lançar nos últimos anos diversas soluções para tornar os veículos mais leves.

• No entanto os veículos estão mais pesados para melhorar a experiência do utilizador!

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O “material mix”

• Os automóveis têm vindo a abarcar múltiplos materiais.

• Os aços representam 60%, o alumínio cerca de 10%

Fredrik Henriksson, 2017,

Managing the Complexity of Introducing New Materials in Existing Production Systems

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Como se materializa a substituição de materiais

• Embora as marcas desenvolvam constantemente novos conceitos

altamente inovadores, normalmente esses servem um propósito em que o beneficio económico é conseguido à custa da imagem de marca e não devido a diminuição dos custos.

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Novos conceitos

• CFRP + Aluminum para o Toyota Yaris 2017

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Novos conceitos

• Audi TT coupé 2014

–Aluminio a verde vermelho azul e HSS e Aço comum a cinza e roxo.

http://www.sme.org/uploadedFiles/Publications/ME_Magazine/2014/September _2014/September%202014%20f3%20Joining.pdf

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Novos conceitos

• BMW serie 7

–CFRP negro + Alumínio cinza

https://gas2.org/2015/04/22/next-bmw-7-series-to-get-weight-saving-carbon-fiber-core/

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Selecção de materiais

• Como tomar decisões estratégicas sobre materiais? –No IST realizam-se estudos sobre esta temática.

• Modelando o “comportamento” do material para uma peça!

• Avaliando os indicadores custo / performance.

• Modelando o “comportamento” dos componentes multimaterial

• Avaliando os indicadores de interferência entre materiais de forma integrada ao nível do componente • No “tier”, tentando reduzir referências no portfolio do fornecedor.

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Modelando o “comportamento” do material para uma peça

• Custo de ferramenta estampagem:

–Aço DC03 (Sy 180MPa) versus DP600 (Sy 600MPa)

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Modelando o “comportamento” do material para uma peça!

• Custo de injecção polímero: –PPE + PA vs PC+PBT vs PP+GF

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Modelando o “comportamento” do material para uma peça!

• Fundição injectada

–Alumínio vs Magnésio

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Modelando o “comportamento” do material para uma peça!

• As ferramentas de modelo de custo permitem

–Estudar em condições de igualdade materiais e tecnologias –Independentes do contexto

–São preditivas –São paramétricas

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Modelando o “comportamento” dos componentes multimaterial

• Modelando o

“comportamento” dos

componentes multimaterial em dois casos de estudo de estampagem

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Modelando o “comportamento” dos componentes multimaterial

• Efeitos do material mix nos custos de aquisição de

materiais, no custo de fabrico e no peso do conjunto de

soluções

• Opt 1 com economias de escala

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Custos em função do número de referências

• Efeitos do material mix nos custos de aquisição de materiais, no custo de

fabrico e no peso do conjunto de soluções 0.95 1 1.05

0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1

Acquisition vs Manufacturing costs

Man. Costs A c q . C o s ts 7 12 17 22 27 32 37 42 47 52 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15

Acquisition vs total w eight

A c q . C o s ts 7 12 17 22 27 32 37 42 47 52

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Conclusões

• A selecção de materiais é uma decisão estratégica do desenvolvimento de novos produtos no automóvel

• Os aços com todas as suas possibilidades continuaram a ser um material de referência embora com outros parceiros.

• Os modelos preditivos de custo versus performance são importantes ao nível da peça.

• Os modelos deverão evoluir para suportar sistemas com múltiplos materiais e considerando o contexto especifico da organização – economias de escala, por exemplo.

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Marco Leite

marcoleite@técnico.ulisboa.pt

ENCONTRO AFIA METALURGIA / METALOMECÂNICA Auditório da AEP | Leça da Palmeira | 29 de Maio de 2018