DIFERENTES PROCESOS DE MANUFACTURA QUE SE APLICAN EN LOS MATERIALES COMPUESTOS

Los materiales compuestos están formados de materiales continuos y discontinuos, al material continuo se le llama matriz, al medio discontinuo que usualmente es el más fuerte y duro se le llama refuerzo. Las propiedades de los materiales compuestos son dependientes a las propiedades de los materiales que lo constituyen así como de su distribución e interacción entre ellos.

Derek Hull decía que los materiales compuestos son aquellos que cumplen las siguientes condiciones.

1. Consta de dos o más materiales físicamente distintos y separables mecánicamente.

2. Puede fabricarse mezclando los distintos materiales de tal forma que la dispersión de un material en el otro pueda hacerse de manera controlada para alcanzar unas propiedades óptimas.

3. Las propiedades son superiores, y posiblemente únicas en algún aspecto específico, a las propiedades de los componentes por separado.

Tipos de Materiales Compuestos.

En general los materiales compuestos se pueden clasificar de la siguiente manera:

Materiales compuestos naturales; madera, hueso, bambú, músculos y otros tejidos.

Materiales micro-compuestos; Aleaciones metálicas y termoplásticos endurecidos, hojas para moldeo continuo y termoplásticos reforzados.

Macrocomposites; Acero galvanizado, vigas de hormigón armado, palas de helicópteros y esquís.

Termoplásticos reforzados y se clasifican de la siguiente manera:

Fibras continúas en matriz: orientadas o en distribución aleatoria. Fibras cortas en matriz: orientadas o en disposición aleatoria. Particulado (macro partículas esféricas, planas, elipsoidales, irregulares,

huecas o macizas) en matriz. Dispersión: igual que el particulado pero con tamaños de partículas > 10-8 m. Estructuras laminares. Esqueletos o redes interpenetrantes Multicomponentes, fibras partículas, etc.

PROCESOS DE FABRICACIÓN.

Según Derek Hull, los materiales compuestos, se fabrican por procesos en molde abierto y en procesos en molde cerrado.

PROCESOS EN MOLDE ABIERTO:

También conocido como moldeo por contacto, es un proceso en donde se aplican al molde capas que se acumulan al espesor deseado, seguido por el curado y el retiro de la parte. Los procesos de molde abierto son los siguientes:

Moldeo a mano Moldeo por vacío con autoclave Enrollamiento filamentario Proyección Centrifugación

1) Manual.- Se colocan sobre un molde fieltros de fibra enrollada, mechas trenzadas y otros tejidos hechos de fibras y se impregnan con resina con un abrocha, posteriormente se pasa un rodillo, se ponen capas hasta que se llegue al espesor del diseño, El moldeado cura sin calor ni presión, el curado del modelo se logra mediante un catalizador agregado a la resina.

2) Proyección.- Se proyectan simultáneamente hilos cortados y resina a un molde preparado y se pasa el rodillo antes de que la resina endurezca, el curado de este método se hace de igual manera que el método anterior.

3) Saco de vacío y de presión autoclave.- Se impregnan capas de fibras, normalmente hojas unidireccionales con resina y se curan parcialmente para formar un pre-impregnado. Las hojas de pre-impregnado se colocan en la superficie del molde en orientaciones determinadas, se cubren con un saco flexible, y se consolidan usando otro de presión en autoclave a la temperatura de curado requerida.

4) bobinado filamentario.- Hilos continuos de fibra sobre rodillos y guías pasan por baños de resina y son enrollados posteriormente.

CARACTERÍSTICAS:

- Las piezas moldeadas con generalmente grandes- Sus materiales principales: resinas, fibras, esteras, mechas tejidas- Su proceso básico es el método manual- Las diferencias entre los distintos métodos radica en la aplicación de capas y técnicas de curado

VENTAJAS DESVENTAJAS:

El costo del molde y manufactura son mínimos.

Es relativamente más fácil que cualquier otro proceso.

Inversión en equipo mínima. Los refuerzos estructurales son

posibles de insertar.

Solamente la superficie de la parte de contacto con el molde es una superficie acabada.

El acabado depende del molde. Interacción con las partículas de

aire. No es factible en piezas de difícil

diseño. Salud.

PROCESOS EN MOLDE CERRADO:

Es una operación que se realiza en moldes de dos secciones que se abren y cierran durante cada ciclo de moldeo, en otras palabras... Es un sistema de vaciado que permite el flujo de la matriz desde fuera del molde hasta la cavidad del mismo.

APLICACIONES:

Los procesos de molde cerrado se utilizan con frecuencia en Europa y Norteamérica, de forma limitada en algunas potencias Latinoamericanas y es poco frecuente en el mercado Asiático.

Palas de molinos de viento. Náutica. Autobuses. Camiones.

PROCESOS DE MOLDE CERRADO:

o Pultrusión.

o Prensa.

o Compounds.

o Inyección resina.

o RIM y RRIM.

o SRIM.

o RTM

Pultrusión. - Una alimentación continua de fibras en una orientación pre-seleccionada se impregna con resina y se comprime a través de un calentado para darle la forma de la sección final. Durante el paso por la matriz se produce un curado parcial o total.

MOLDEO POR PRENSA.- Las prensas están orientadas verticalmente y contienen dos placas a las cuales se sujetan las mitades del molde. Un cilindro hidráulico acciona generalmente las placas el cual pude diseñarse para suministrar fuerzas de sujeción de hasta varios cientos de toneladas.

MOLDEO POR COMPRESIÓN.- Las matrices o útiles, calientes y acoplados, se cargan con materia prima y se comprimen para que se adapten a la cavidad y curen.

MOLDEO POR INYECCIÓN-REACCIÓN.- se producen las piezas de plástico mediante la inyección a baja presión de resinas termoestables en moldes cerrados.

Se obtienen piezas en grandes dimensiones, resistentes que pueden ensayarse, mecanizarse, recibir tratamientos posteriores.

MOLDEO POR INYECCIÓN DE RESINA.- Se ponen fibras de forma de tejido en el molde, el cual se cierra después. Entonces se inyecta la resina a baja presión en la cavidad y fluye entre las fibras hasta llenar el espacio del molde.

VENTAJAS DESVENTAJAS:

Buen acabado en todas las superficies de la pieza.

Velocidades más altas de producción

Mayor control sobre las tolerancias.

Formas más complejas. Al utilizar contra-moldes se evita

la evaporación de compuestos contaminantes, reduciendo la contaminación ambiental

El costo es el doble del molde abierto.

El costo de herramienta es debido al equipo que se utiliza

MAQUINAS QUE SE UTILIZAN EN LOS PROCESOS DE MANUFACTURA DE LOS MATERIALES COMPUESTOS

Las máquinas de ATL (máquina de encintado automático) se utilizan para encintar superficies sencillas (generalmente planas) con cinta pre impregnado unidireccional. Por otro lado, las máquinas de AFP (máquina de colocación automática de fibras) son similares a las ATL pero se utilizan para encintar superficies más complejas. Se utilizará para la fabricación del fuselaje y los largueros del A350.

Para crear piezas más complejas se utilizan otros métodos. El más popular es el RTM (Moldeo por transferencia de resina). Consiste básicamente en colocar las telas secas en un molde con la forma final de la pieza para luego insertar la resina. Este método tiene la ventaja de no tener que usar prepregs: más fácil de trabajar, no hay necesidad de conservarlos para que no se caduquen, no hay un tiempo máximo en el que colocar las telas porque se vaya a secar la resina, etc. 

Curado en autoclave vs. VaRTM

Este método, en su variante VA RTM (RTM), se utiliza para fabricar, entre otras, las superficies de control del borde de salida del B787 (alerones, flaperones, flaps, spoilers y los embellecedores correspondientes) y el mamparo de presión trasero de éste. En la siguiente figura se muestra una pieza fabricada mediante RTM.

Maquinaria Una máquina de bobinado de filamento continuo (máquina CFW o máquina CW) es, tal como indica su nombre, un equipo mediante el cual se realiza el bobinado de filamento, en forma continua, sobre una banda de acero cilíndrica. El proceso de bobinado de filamento continuo también se conoce como el Proceso de Drostholm.

El equipo tiene un carro encargado de guiar los filamentos para su enrollado en un cilindro que gira denominado mandril o husillo. El carro va montado sobre un riel que permite su movimiento a lo largo del cilindro a fin de que el recubrimiento sea uniforme a lo largo del mismo siguiendo un patrón geométrico constante, además presenta un movimiento tangencial al cilindro para mantener una distancia uniforme cuando la circunferencia

aumenta su radio producto del crecimiento de las capas de fibras. En algunos casos, también puede realizar movimientos radiales, efectuados en los extremos redondeados de tubos.

CONTORNEADO

Máquinas de control numérico (CNC) de 5 ejes de alta velocidadCentros de elaboración de portal móvil diseñados específicamente para elaboraciones de alta velocidad de materiales compuestos y aleaciones livianas, que pueden ofrecer una dinámica excepcional de movimiento para asegurar una productividad elevada.El proyecto estructural evolucionado garantiza la reducción de las vibraciones generadas por la elaboración y una calidad óptima de los acabados.- Áreas de trabajo de gran tamaño para la máxima libertad de producción- Amplia gama de electro mandriles, completamente diseñados y realizados por CMS- Amplia configurabilidad de las áreas de trabajo (zona única o ciclo pendular)- Precisiones aptas a las aplicaciones más severas (aeroespacial, deportes motorísticos, etc.)-CMS Adaptive Technology, función integrada en el control que permite al operador obtener los parámetros máximos de eliminación de material en una superficie determinada, simplemente recuperando el mapeo específico. Adaptive Technology reduce considerablemente los tiempos de ciclo en superficies complejas sin perjudicar la calidad de los acabados y la precisión.