Hace 20 años la empresa alemana de autos de lujo Audi presentó en el Salón Internacional del Automóvil de Frankfurt (IAA) un vehículo de exposición de color plata brillante, bajo él se escondía innovador concepto de carrocería de aluminio que revolucionó la construcción ligera en el mundo del automóvil: el Audi Space Frame (ASF).
Por aquellos años la naturaleza era la fuente de inspiración para los ingenieros. Por ejemplo, en una colmena sólo se usa el material necesario para hacer un nido de abeja que proporcione resultados óptimos. Los expertos en construcción ligera de Audi se basaron en este principio para elaborar el denominado ASF, un bastidor que se compone de perfiles de aluminio extruidos y de troqueles de piezas de fundición a presión.
Los paneles (techo, suelo y laterales) están integrados al bastidor por distintos tipos de uniones, lo que hace que sea un bastidor semiautoportante. Los componentes individuales tienen varias formas y secciones transversales, dependiendo de su cometido.
Apenas un año después del Salón del Automóvil de Fráncfort 1993, la compañía lanzó al mercado el primer auto del mundo con un volumen de producción elevado y carrocería de aluminio, el Audi A8. Los paneles estaban compuestos por más de 336 componentes individuales, unidos por secciones y puntos de fundición. El 75 por ciento, aproximadamente, del ensamblaje se realizaba a mano.
El principio ASF se ha ido extendiendo a otros modelos a lo largo de las dos últimas décadas: Audi A2 (2000), Audi TT (2006), Audi R8 (2008), así como a las dos generaciones siguientes del Audi A8 (2002 y 2010). En total, desde 1994 Audi ha fabricado más de 750.000 vehículos utilizando los principios de construcción ASF, tanto vehículos completamente de aluminio como diseños híbridos de aluminio.
La carrocería del nuevo Audi A8 sólo pesa 231 kilos, gracias a su arquitectura ASF y a una mezcla inteligente de aluminio y acero de alta resistencia. La misma carrocería hecha de acero sería un 40% más pesada. Hoy en día la aviación comercial o los viajes al espacio no existirían sin la tecnología de construcción ligera. Cada gramo adicional de peso requiere un consumo adicional de energía, por lo que ahorrar peso es sinónimo de eficiencia.
Los problemas y desventajas que acarrea el peso son aplicables a cualquier medio de transporte del que hablemos, incluido el automóvil. Consciente de ello, Audi llevaba trabajando en el proyecto de una carrocería de aluminio desde principios de la década de los 80, cuando los ingenieros expertos en materiales decidieron asumir el reto que había hecho posible el desarrollo de la tecnología espacial y aeronáutica.
En lo más alto de la lista de especificaciones ya figuraban dos premisas: mejorar la eficiencia y reducir las emisiones de dióxido de carbono. Y es que existe una fórmula empírica que cada ingeniero de Audi conoce mejor que su propio nombre: cada 100 kilogramos de reducción de peso en un automóvil suponen una reducción del consumo de combustible en torno a 0,35 litros cada 100 kilómetros, y unas emisiones de CO2 de 8,8 gramos menos por kilómetro.
Inicialmente la idea de utilizar la fabricación ligera en aluminio en un automóvil de producción a gran escala causó escepticismo: no era factible simplemente sustituir un material por otro en el proceso de fabricación. Pero el equipo de especialistas en materiales de Audi encontró la solución:
“Un 30% menos de piezas significa un 30% menos de logística y un 30% menos de uniones”, dijo Lutz-Eike Elend, director del Centro de Diseño de Construcción Ligera de Audi. “Audi desarrolló un nuevo proceso de producción y encontró nuevos caminos para optimizar su diseño”.
Las ventajas, más allá de una reducción de consumo debido al menor peso, van mucho más allá: una carrocería más ligera pero al mismo tiempo más rígida es una garantía de dinamismo y eficacia, y también contribuye a elevar la seguridad pasiva. El sistema ASF consiste en unir componentes de diferente forma y sección transversal, obtenidos mediante la extrusión y la fundición de aluminio, según la misión que tienen que cumplir. Componentes que pueden incluso unirse a otros elementos realizados en acero utilizando diferentes métodos, como remaches, pegado con adhesivos especiales o unión por fricción.
Tras el Audi A8, el siguiente modelo con el logo de los cuatro aros en utilizar la tecnología ASF llegó en 1999: el Audi A2. Se fabricaron más de 176.000 unidades en Neckarsulm, de las cuales casi 6.500 correspondieron al especialísimo Audi A2 1.2 TDI, todo un ejemplo de eficiencia con su consumo promedio de 126,6 kilómetros por galón (2,99 l/100km o 33,4 km/l), lo que corresponde a unas emisiones de CO2 de apenas 78 g/km.
Esta tecnología ha llevado a Audi a la consecución de importantes galardones, como el ‘Euro Car Body Award’ de 2003 por la carrocería del Audi A8, y en 2006 por el Audi TT, la primera aplicación del principio ASF de forma híbrida: la carrocería pesa únicamente 206 kilogramos, de los cuales 140 corresponden a componentes de aluminio y 66 de acero, cuando una carrocería equivalente construida completamente en acero sería unos 100 kilogramos más pesada.
Más recientemente, en 2008, el prestigioso ‘Euro Car Body Award’ le correspondió de nuevo a Audi, como reconocimiento a la alta calidad y precisión en la fabricación de la carrocería del Audi Q5, realizada en acero de ultra alta resistencia.
Esta tecnología también le sirvió a Audi para ganar el premio ‘Inventor del Año’ en 2008, un galardón otorgado por la Oficina Europea de Patentes a las empresas que han tenido ideas que suponen «contribuciones significativas» para el crecimiento económico y la competitividad europea.
MOLDEANDO EL FUTURO
Sin embargo, a pesar de sus evidentes ventajas hace tiempo que el aluminio ha dejado de ser el único material interesante para los ingenieros de Audi. Los 170 especialistas en materiales que trabajan bajo las órdenes de Timm en el Centro de Diseño de Aluminio y Construcción Ligera de Neckarsulm, investigan con diferentes tipos de fibras, plásticos, aleaciones de magnesio e incluso aceros de alta resistencia.
Una de las últimas tendencias en el diseño y fabricación de estructuras aeronáuticas es la utilización de CFC, material compuesto de fibras de carbono trenzadas en una base plástica y cocido en un horno especial. El 20% del SuperAirbus A380, y más del 50 por ciento del último Boeing 787 están realizados en este material, que Audi ya ofrece como opción en los paneles laterales o ‘sideblades’ del superdeportivo Audi R8.
En Neckarsulm han trasladado el lema olímpico «más rápido, más alto y más fuerte» al lenguaje de los materiales, que deben ser «más estables, más resistentes y más ligeros».
Las nuevas aleaciones de aluminio, por ejemplo, pueden soportar cargas cada vez más elevadas, lo que permite a los ingenieros utilizar componentes más delgados en la estructura, reduciendo el peso final. Lo importante pues no es sólo el material utilizado, sino el diseño de la estructura y el proceso de fabricación.
En este sentido los problemas surgen cuando se trata de unir materiales diferentes, pero los expertos del Centro de Diseño de Aluminio y Construcción Ligera se benefician de 15 años de experiencia.
Desde el exitoso debut de la tecnología ASF en el Audi A8, del que se fabricaron 70 unidades diarias en 1994, otros cuatro modelos –Audi R8, Audi TT Coupé, Audi TT Roadster y Lamborghini Gallardo– se han beneficiado de las ventajas de este proceso de fabricación de carrocerías, en el que se han ido introduciendo variaciones.
En la actualidad se ensamblan más de 110 unidades al día del Audi A8, en parte debido a que el número de componentes de la carrocería se ha reducido un 25%, gracias a la utilización de elementos de fundición más complejos capaces de desempeñar más funciones.
La tendencia en la fabricación ligera de carrocerías apunta hacia un diseño híbrido como el utilizado en los Audi TT Coupé y Roadster, combinando aluminio y acero. O todavía más allá, el empleado en el Audi R8, con una combinación de diferentes materiales: carrocería y techo de aluminio, pasos de rueda en plástico, chasis posterior de magnesio (material todavía más ligero que el aluminio) y capó del motor en materiales compuestos.
Una tecnología que tiene analogías con la utilizada en la industria aeroespacial, aunque los volúmenes de producción de la más exitosa de las aeronaves no son en absoluto comparables con los de un automóvil. Más de 750.000 clientes de Audi lo tiene muy claro.
