Herramientas óptimas para grandes piezas de composite
El sector aeronáutico se basa cada vez más en composites que combinan el peso ligero con una resistencia mecánica excelente. Existe una necesidad importante de reducir los costes de producción asociados, especialmente para componentes muy grandes como el fuselaje, para los que se necesitan autoclaves muy grandes. Los científicos iniciaron el proyecto «Optimal tooling system design for large composite parts» (OPTOCOM), financiado por la Unión Europea, para abordar este desafío. El caso de prueba fue un panel para el fuselaje reforzado con doble curvatura, con refuerzos co-curados de unos dos metros cuadrados de superficie. Los investigadores diseñaron una gran máquina herramienta para la fabricación. Como material para la herramienta, se seleccionó INVAR 36, una aleación de níquel-hierro al 36 % con una expansión térmica muy reducida. Para la pieza del fuselaje, se seleccionó un sistema de matriz de epoxy HexPly M21 con fibras de refuerzo. En las piezas complejas de grandes dimensiones y ángulos agudos tiene lugar un fenómeno que se denomina recuperación elástica y se debe a la naturaleza plástica-elástica de los materiales. El equipo del proyecto procuró simular con precisión la recuperación elástica que se produce después del curado con el fin de minimizarla y reducir los costes de retrabajo o montaje. A continuación, los científicos crearon modelos mediante el método de elementos finitos (MEF) con el fin de simular la distorsión y la recuperación elástica durante el proceso de curado a partir de los datos experimentales. Con ello obtuvieron buenos resultados cualitativos y actualmente se trabaja en su optimización. En segundo lugar, los investigadores se centraron en la optimización de la distribución de temperaturas durante el ciclo de curado para lograr la uniformidad en la pieza de composite, reducir las tensiones residuales y rebajar el consumo energético. Los modelos MEF se utilizaron para evaluar y optimizar los comportamientos térmicos del sistema de herramientas en el autoclave con el fin de aumentar de forma notable la velocidad y disminuir los costes y el consumo energético. Los modelos y los resultados de los experimentos confirmaron que se produce una deformación muy pequeña de la herramienta, que se calienta y enfría de forma muy uniforme. La herramienta definitiva se diseñó para ser bastante adaptable. Un análisis de costes demostró que los resultados de OPTOCOM realmente reducen de forma apreciable el tiempo de autoclave, lo cual, a su vez, reduce el consumo energético, las emisiones y los tiempos de retrabajo y montaje. La labor restante de optimización y comercialización puede aportar ventajas para la posición competitiva de la Unión Europea en el sector aeroespacial.
