los materiales compuestos, naturaleza, pros y contras en ... · los materiales compuestos,...

Los materiales compuestos,naturaleza, pros y contras en elámbito de la fabricación avanzada

Bilbao, 5 Junio 2014Miguel Á. Castillo Acero

Director Desarrollo Tecnológico Aernnova

1

• Más resistencia y rigidez específica que los metales

• Posibilidad de adecuar la resistencia y rigidez, ingenierizando los apilados, a las

necesidades, en términos de cargas internas, de cada parte de la pieza

– Complejidad de analizar todos sus modos de fallo y su acoplamiento con

producción y vida en servicio

• Capacidad para funcionar a temperaturas de operación media y máximas altas

– Depende de temperatura de transición vítrea de la resina

– resina Epoxy hasta 120 º C Bismilamide 180 º C

• Resistente a la corrosión. Inerte en los ambientes más corrosivos

• Aislamiento eléctrico y posibilidad de customizar propiedades en función del

dopaje que se haga a la resina:

– es posible hacer materiales compuestos conductora o no según sea necesario;

– Customización de respuestas a frecuencias del espectro de radiación

Propiedades más relevantes de los materiales compuestos

2

• Los materiales compuestos habilitan geometrías complejas y diferentes acabados

superficiales

– Uno de los acabados que estamos explorando en SFWA de CLEANSKY es el

flujo laminar natural

– Se puede reducir el número de partes a través de la integración (ahorros de

tiempos de montaje posteriores)

• Customización de la respuesta en frecuencia

• Durabilidad con ciertos añadidos en el caso de desgaste por contacto y resistencia

a la erosión

• No presentan fatiga, siempre que estén bien diseñados, incluso en entornos

agresivos

• Fragilidad y en general mal comportamiento frente a impactos

Propiedades más relevantes de los materiales compuestos (y 2)

3

La resistencia y rigidez específicas: una de las claves del MaterialCompuesto

4

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Composite structural weight % evolutioncomposite % structural weight

DC-9747

DC-10L-1011 MD-80

757767737 A300

A310

A320

747-400MD-11

A340A330A321

MD-90

777

A319

A380

787-800 A350-900

first flight year

Aumento constante del porcentaje de peso de compuesto respecto altotal en vacío de los aviones comerciales

5

• incremento constante utilización de compuestos en la práctica totalidad de los

sectores industriales,

• de forma muy significativa desarrollado en España en sector aeroespacial

• este aumento en la utilización de compuesto se debe a su elevada eficiencia

estructural

• posibilita fabricar aeronaves y otros sistemas de transporte para alcanzar un

considerable ahorro en costes operativos directos

– tanto por el ahorro de combustible debido a disponer de estructuras más ligeras,

– como derivado de la disminución considerable de problemas de corrosión y

deterioro de estructuras.

• el empleo de estos materiales hace factible la realización de nuevas arquitecturas y

formas

Situación de utilización de los materiales compuestos en el

sector Aeroespacial

6

• Eficiencia de costes fabricación de material compuesto

• Procesos productivos robustos, repetitivos y fiables

• Calidad de la producción

• Cadencias de producción altas y cambiantes

• Integración de partes

• Aviones de pasillo único: ¡500 aviones año!-> 1000 alas año,

si contamos con 250 días hábiles de producción son 4 alas al día

Retos para la fabricación avanzada en el sector aeroespacial

7

Technology: ATL + HOT DRAPE FORMING

Insertion Targets:

SKINS (Wings, CWB, HTP/Elevators,

VTP/Rudder)

Technology Challenges and Results

• Several stringer configurations evaluated (blades, U-shape, interconnected foot caps)• Stiffener integration process details studied:

- Co-bonding- Co-curing

• Key Process Parameters and Production Means defined• Process limits and capabilities established:

Tecnologías de Aernnova en Fabricación Avanzada de Compuesto

8


Insertion Targets:

SPARS (Wings, CWB, HTP/Elevators, VTP/Rudder)


• Several tooling options consider (IML/OML)• Integrally stiffened configurations:

- Longitudinal (span wise) stiffeners- Spar web anti-buckling stiffeners



9


Insertion Targets:

RIBS (Wings, CWB, HTP/Elevators, VTP/Rudder)


• OML tooling for mating surface tolerances• Integrally stiffened configurations • Key Process Parameters and Production Means defined• Process limits and capabilities established:


10

Technology: COLD / HOT FORMING

Insertion Targets:

CONTROL SURFACE LEADING EDGES



Determination of root cause and corrective action for wrinkles prior to production phase


11

Technology: RTM / Resin Infusion

Insertion Targets:

INTEGRATED LEADING EDGES (Wing, HTP, VTP)


• Single shot structure• Integrates ribs• Different material solutions evaluated :

- Kevlar-Carbon hybrid L/E- All-Carbon structure

• RTM production means and Key Process Parameters defined• Process limits and capabilities established


12

Technology: Automation Capabilities (SERRA)

Insertion Targets:

Industrial Applications (Internal & External)

Technology Objectives

• To continue development in Composites Automated Processing Equipment (e.g. hot drape forming equipment)• To continue development on Composites Automation Equipment (robotic and PHKM machines for automatic drilling, countersinking and fastener installation)• To continue development of machines and equipment for assembly (BestFit, handling systems, etc.)• To continue development on automatic Multifunctional Platforms (e.g. crawler robot)• To continue development on 5-D artificial vision technology


13

• Aernnova posee gran capacidad de diseño y producción de material compuesto en

sector aeroespacial : 4 plantas especializadas con una superficie total 76800 m2, mas de

60 proyectores láser y 9 autoclaves

• Desde esa posición podemos desplegar la tecnología a otros sectores: automoción,

eólico, ferroviario, naval:

• Desarrollo de nuevos materiales y procesos de compuesto para menor coste

• Mayor flexibilidad y disminución de tiempos en la cadencia de producción con

procesos para alta cadencias

• Fabricación estructuras más integradas, eliminar uniones y reducir tiempo montaje

• Mayor automatización en los procesos corte y posicionamiento de telas, inspección,

montaje, etc.

• Tecnologías de procesado fuera de autoclave, nuevos procesos de infusión de

resina. Resinas termoplásticas

• Conocemos la economía de la fabricación de compuesto

Aernnova, material compuesto y otros sectores

14

Aernnova y el material compuesto

10 20 30 40 50años

cash-flow acumulado

LANZAMIENTODEL PROGRAMA

INVERSIÓNINICIAL EN I+D

PRODUCCIÓNEN SERIE

FIN DEPRODUCCIÓN

MANTENIMIENTOY REPARACIONES

RETIRADA

programas anteriores

programas más recientes

PRIMERASUNIDADES

CICLO DE VIDA INDICATIVO DE UN PROGRAMA AERONÁUTICO

0

15

Esquema Colaboración Aernnova con Univ. y Centros Tecnológicospara desarrollo Tecnológico

El OEM, con Aernnova como socio a riesgo, completa la certificación, producción en serie y vida económica operativa del producto alcanzando TRL 8 & 9

Aernnova propone el uso del nuevo producto con la nueva tecnología incorporada, en competición: el nuevo producto debe ser o más barato (ciclo de desarrollo, PLC), o de mayor calidad, o de ventaja competitiva mejorada. Cuando se gana

la oferta y en conjunción con el OEM se desarrolla el producto con la nueva tecnología . TRL 7

Aernnova completa la validación de la tecnología para los requerimientos del sector aeronáutico, fundamentalmente pre-certificación y esquema de costes viable. TRL 6

El proyecto tecnológico tiene como objetivo la adaptación de la tecnología emergente a los requerimientos del producto concreto. Se alcanza TRL 4 y 5

Se completa el conocimiento de los principios básicos del descubrimiento. Se comparte el conocimiento con la industria para usos en productos concretos. Se alcanza TRL 3

Descubrimientos, Tecnologías Emergentes, TRL1 y 2

100

10

5

1

2

17

los materiales compuestos, naturaleza, pros y contras en ... · los materiales compuestos,...

Documents