Mejora de los materiales compuestos termoplásticos para la próxima generación de fuselajes
Los materiales compuestos termoplásticos (TPC, por sus siglas en inglés) son una clase de material avanzado que está a punto de ser muy utilizado en la industria aeroespacial. Los TPC ofrecen mayor tenacidad y resistencia a los impactos que los polímeros termoendurecibles —el material estándar actual del sector—, lo cual podría reducir las operaciones de mantenimiento a lo largo de la vida útil de una aeronave. Sin embargo, los TPC son difíciles y caros de fabricar. Requieren temperaturas de procesamiento muy elevadas, cercanas a los 400 °C, para darles forma antes de que se enfríen en su lugar. La calidad de las piezas también se ve afectada por la velocidad de calentamiento y enfriamiento, que puede ser difícil de gestionar en piezas grandes con cambios locales de grosor. «A esta temperatura, la gama de materiales auxiliares aplicables es muy limitada, cara y aún difícil de utilizar en piezas de doble curvatura con elementos de rigidización», explica Guillaume Fourage, ingeniero de ESTIA (sitio web en francés) y coordinador del proyecto FRAMES. En el proyecto FRAMES, financiado con fondos europeos, los investigadores de ESTIA desarrollaron un nuevo método de fabricación para apoyar el desarrollo de los futuros fuselajes y empenajes avanzados para aeronaves con TPC.
Una estrategia en varias partes para la producción de TPC
En lugar de un método de fabricación específico, el equipo de FRAMES ideó una serie de soluciones para una gama más amplia de procesos que intervienen en la fabricación del fuselaje trasero. Entre ellas, encontramos: una herramienta de simulación para predecir las temperaturas de procesamiento durante la fabricación de paneles de piel mediante la colocación automatizada de fibras, soluciones de fabricación de alta velocidad para los rigidizadores (estructuras añadidas al fuselaje de la aeronave para proporcionar sujeción) y una herramienta autocalentada para ensamblar la piel y los rigidizadores. Para producir formas complejas de rigidizadores, el equipo de FRAMES mejoró determinados procesos de fabricación como la estampación en caliente (para dar forma a los compuestos), el moldeado por compresión continua (un método para crear TPC) y la colocación de fibras. Por último, fabricaron un nuevo conjunto de herramientas con canales de calentamiento y refrigeración integrados para dar forma a los TPC con mayor eficacia. Esta herramienta física metálica desarrollada en el proyecto FRAMES para la producción de rigidizadores complejos representa un paso adelante en el procesamiento de los TPC. Se ha construido para gestionar la dilatación térmica entre los distintos componentes de montaje y garantizar un control preciso de la temperatura a lo largo de todo el ciclo de producción, explica Fourage.
Simulaciones para mejorar la precisión de la fabricación
La herramienta de simulación desarrollada en FRAMES permite controlar con precisión la cantidad de energía térmica suministrada al material durante la colocación de las fibras. Esta herramienta puede utilizarse para optimizar los procesos de moldeado de los TPC, por ejemplo, al aumentar la velocidad de colocación de las fibras y conservar al mismo tiempo el control del consumo de energía. «Hemos logrado producir perfiles de rigidizadores muy curvados, que incluyen las variaciones de grosor y dentro de un tiempo de ciclo competitivo», afirma Fourage.
Introducir los TPC en las aeronaves europeas
Las soluciones desarrolladas en el proyecto FRAMES se utilizarán dentro de poco en plataformas demostradoras avanzadas, ensayos en los que participarán las principales empresas aeronáuticas de toda Europa. «Los resultados del proyecto permitirán la fabricación de un panel de fuselaje consolidado en conjunto a escala uno, aprovechando así el ahorro de peso y las capacidades de producción», añade Fourage. Gracias a los conocimientos adquiridos a través de FRAMES, el equipo continuará perfeccionando sus parámetros de proceso y ayudando a sus clientes a cumplir sus objetivos medioambientales y de rendimiento. «Me gustaría agradecer al equipo sus esfuerzos y su compromiso durante los últimos dos años y medio, se han mantenido centrados en los objetivos del proyecto a pesar de los momentos difíciles que hemos vivido», concluye Fourage. «Más allá de sus logros técnicos, el proyecto FRAMES también ha sido un gran ejemplo de colaboración europea».
Palabras clave
FRAMES, fuselaje, aeroespacial, avanzado, materiales compuestos, producción, simulación, fabricación
