La tendencia de reemplazar vehículos a gasolina por vehículos eléctricos (VE) se está acelerando, y los fabricantes de automóviles de todo el mundo están compitiendo para desarrollar nuevos vehículos en preparación para la adopción generalizada de los VE, que se espera que ocurra en 2025. En preparación para esta revolución, Dai Nippon Printing Co., Ltd. (DNP) también ha logrado un progreso significativo en el desarrollo de vidrio de resina curvado para VE y otros vehículos.
Vidrio de resina curvado (la parte inferior es un arco con un radio de 30 mm)
El vidrio de resina que está desarrollando DNP se puede utilizar en techos solares y ventanas traseras de automóviles, y pesa aproximadamente la mitad que los componentes de vidrio convencionales. "Si un automóvil de una tonelada pierde 100 kg de peso, puede aumentar su consumo por litro de gasolina en un kilómetro, lo que reduce las emisiones de dióxido de carbono en más de un 10%", afirma Masanao Matsuoka, gerente de sección de la Sede de Desarrollo de la División de Negocios de Movilidad, responsable del desarrollo del vidrio de resina curvado, destacando la importancia de reducir el peso de los vehículos eléctricos.
Ante el endurecimiento de las regulaciones ambientales a nivel mundial, los fabricantes de automóviles están adoptando proactivamente el vidrio de resina, lo que representa una importante oportunidad de negocio para DNP. Sin embargo, si bien el vidrio de resina ofrece numerosas ventajas, como su ligereza, alta maleabilidad y excelente resistencia al impacto y aislamiento térmico, es inferior al vidrio en cuanto a resistencia a la intemperie y durabilidad. Para compensar esta desventaja, la clave reside en desarrollar una capa dura que proteja la superficie de la resina.
En enero de 2018, DNP desarrolló un vidrio de resina que se puede doblar hasta un radio de 30 milímetros, lo que lo hace ideal para aplicaciones como las ventanas traseras curvas de automóviles. Este vidrio de resina utiliza una película de transferencia de recubrimiento duro ultrarresistente a la intemperie (en adelante, "película de transferencia") que combina alta dureza con resistencia a la intemperie, a la abrasión y a los productos químicos. La película de transferencia se desarrolló con base en la tecnología de fabricación de películas funcionales de DNP, y el proceso de curado que le confiere la funcionalidad de recubrimiento duro aplica la tecnología patentada de haz de electrones (EB) de DNP, que también se utiliza en la fabricación de materiales para paredes y pisos. La tecnología EB crea una película curada densa mediante reticulación tridimensional y no requiere agente de curado, lo que amplía considerablemente el alcance del diseño de materiales.
"El recubrimiento duro mediante película de transferencia es actualmente la única tecnología disponible para aplicaciones de ventanas de automóviles", explica Matsuoka, y el método DNP es el único que realiza simultáneamente el moldeo y la transferencia de la película de recubrimiento duro (a septiembre de 2018).
Para lograr una funcionalidad similar, el proceso de fabricación típico implica aplicar un recubrimiento duro por inmersión o pulverización después del moldeo. Sin embargo, esto requiere equipos de gran tamaño, lo cual representa una gran preocupación para la industria manufacturera. Además, en el proceso de fabricación típico conocido como "2 capas, 2 horneados", que implica aplicar y hornear dos veces, la resina y la sílice no se adhieren directamente. Por lo tanto, se requiere el complejo proceso de aplicar primero un agente de anclaje a la resina y dejarla secar, y luego aplicar sílice y dejarla secar de nuevo. Reducir esta carga también es un problema.
Abordar el equilibrio entre "dureza" y "formabilidad"
Si se utiliza un material inorgánico como la sílice para el recubrimiento duro, este se vuelve difícil de doblar y a menudo se rompe al aplicar fuerza. Sin embargo, si se utiliza un material orgánico como la resina acrílica, es posible moldearlo incluso después de transferir el recubrimiento duro. Para aprovechar al máximo las ventajas de este material orgánico, es necesario encontrar el equilibrio entre alta dureza y alta moldeabilidad.
Si se intenta fabricar materiales inorgánicos tan duros como el vidrio, se vuelve muy difícil doblarlos. Para doblar el vidrio de resina, es necesario dotar a la capa dura de un alto grado de conformabilidad.
La única manera de mitigar esta contradicción y crear algo que sea a la vez resistente y flexible es mediante el diseño de materiales. Matsuoka lo cree así, y el 1.er Grupo de la 3.ª División de Desarrollo, al que pertenece, trabaja a diario en el desarrollo, buscando mejores materiales y esforzándose por mejorar la maleabilidad.
DNP maneja una amplia variedad de materiales orgánicos. Para demostrar nuestras fortalezas y diferenciarnos, necesitamos aprovechar la tecnología que hemos desarrollado con materiales orgánicos. Dado que los materiales orgánicos tienen mayores propiedades mecánicas, como elasticidad y extensibilidad, que los materiales inorgánicos, lo promocionaremos como una fortaleza.
Ser arrojado a un campo en el que uno no tiene experiencia.
Matsuoka estudió ingeniería electrónica en una escuela técnica. Aunque ha estudiado química intensivamente desde que se incorporó a la empresa, sus conocimientos de química orgánica eran limitados hasta que lo asignaron a su equipo actual en octubre de 2014. Sin embargo, el equipo al que se le asignó desarrollaba vidrio de resina para su uso en maquinaria de construcción, como excavadoras, lo que requería amplios conocimientos de química orgánica. Además, Matsuoka fue enviado como "solucionador de problemas" para el equipo, que tenía dificultades para resolver un problema.
Matsuoka, quien carece de suficiente experiencia en química orgánica, tuvo más dificultades para resolver los problemas específicos de la película de transferencia. Los materiales funcionales que le otorgan dureza, resistencia a la intemperie y durabilidad tienden a acumularse en la parte superior de las capas que se superponen a la película base. Al transferir esta película a resina, la estructura de capas se invierte, de modo que los materiales funcionales se acumulan en la parte inferior, más cerca de la resina, en lugar de en la superficie. Esto impide que la película funcione correctamente, por lo que tuvo que pensar "en contra de las leyes de la naturaleza".
Afortunadamente, Matsuoka y su equipo lograron resolver este problema rápidamente, modificando materiales y compuestos. Matsuoka admite con modestia que "simplemente sucedió", pero su habilidad fue muy elogiada. El vidrio de resina para maquinaria de construcción se lanzó al mercado en febrero de 2015.
"Compré libros de texto y estudié química orgánica por mi cuenta, pero fue de gran ayuda que mis compañeros, colegas y estudiantes de química me enseñaran puntos importantes", dice Matsuoka. Así como muchos amigos "se reúnen a mi alrededor" cuando toca la trompeta o sale a dar un paseo, la personalidad amigable de Matsuoka también atrae a la gente en el trabajo. Aunque no parece darse cuenta, esta red espontánea de contactos parece ser una ventaja en su trabajo.
Desarrollo adicional de aplicaciones para vidrio de resina
El trabajo de Matsuoka consiste en gestionar el progreso de los miembros del equipo de desarrollo. A cada miembro se le asigna un tema diferente, como comprobar la correlación entre los equipos de pruebas de intemperismo y las pruebas de exposición real que exponen el vidrio de resina a la luz solar para examinar su resistencia a la intemperie, o realizar experimentos repetidos para mejorar el diseño de materiales. También intercambia ideas con otros miembros y realiza experimentos que van más allá de los requisitos de las normas y las empresas clientes, como la durabilidad frente a ambientadores y excrementos de pájaros. Matsuoka comenta: «Nos reunimos una vez a la semana y escuchamos las inquietudes de cada miembro sobre el desarrollo», lo que demuestra también su talento como solucionador de problemas.
El equipo también está considerando aplicar vidrio de resina a los emblemas de automóviles, aplicándoles una capa dura. El radar de ondas milimétricas, necesario para los dispositivos de seguridad de los automóviles y los sistemas de conducción autónoma, suele instalarse dentro del emblema. El radar de ondas milimétricas puede funcionar mal si el emblema tiene superficies irregulares, por lo que estos tienen una estructura plana. Teniendo esto en cuenta, el equipo lleva varios años desarrollando una película de transferencia de capa dura que también puede utilizarse en emblemas y ha solicitado una patente para ella.
Apuntando al mercado global
En cuanto a la expansión a mercados internacionales, la empresa planea exportar en diversas presentaciones, como "solo película de transferencia con recubrimiento duro", "placas de vidrio de resina con recubrimiento duro" y "vidrio de resina curvado", según las necesidades de sus clientes. Los primeros objetivos son los mercados europeo y chino, y el producto ya cumple con los estándares europeos.
China no cuenta con estándares para vidrio automotriz equivalentes al JIS de Japón, pero Matsuoka habla sobre el atractivo del mercado chino: "La falta de estándares facilita la entrada temprana al mercado. Durante un viaje de negocios a China, miré por la ventana del hotel los autos que pasaban y me sorprendió ver tantos equipados con techos solares. He oído que alrededor del 70% de los autos en China tienen techos solares, y ese es el mercado objetivo del vidrio de resina de DNP".
Sin embargo, la falta de estándares puede ser un arma de doble filo, por lo que Matsuoka está consultando con expertos sobre cómo lidiar con circunstancias imprevistas y está considerando cubrir los riesgos de ingresar al mercado chino.
Para las exportaciones a China, DNP comercializa con proveedores de primer nivel*, que son los contratistas principales de los fabricantes de automóviles, y con fabricantes de equipos originales (OEM), que son los fabricantes de los productos finales para automóviles. Los pedidos de los OEM tienen fechas de inicio de producción estrictas, por lo que desarrollar productos que satisfagan las necesidades del cliente es una carrera contrarreloj. «Las exigencias de los clientes siguen aumentando, ya sea en dureza o conformabilidad. Nuestra principal prioridad es desarrollar productos que satisfagan sus necesidades a tiempo».
El DNP planea adquirir experiencia en mercados extranjeros mientras realiza las pruebas y procedimientos necesarios para obtener la certificación en cada país. También planea expandir la aplicación de la tecnología a objetos móviles distintos de automóviles y maquinaria de construcción, como atracciones de parques de atracciones y teleféricos.
"En definitiva, queremos que el vidrio de resina de DNP pueda moldearse en cualquier forma. También queremos ofrecer valor añadido, como alta durabilidad, propiedades autolimpiables y antiincrustantes. Nuestro trabajo es inagotable", concluyó Matsuoka, compartiendo sus aspiraciones para el futuro.
- Nivel 1: Contratista principal. En la industria automotriz, fabricante que suministra piezas directamente a los fabricantes de equipos originales (OEM).
- Publicado: 16 de octubre de 2018
- Tenga en cuenta que los detalles como los nombres de los departamentos y las especificaciones del producto son precisos en el momento de la entrevista y pueden estar sujetos a cambios sin previo aviso.
16 de octubre de 2018 por el Departamento Editorial de Discover DNP
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