Premium AEROTEC demuestra el diseño de metal híbrido CFRP-AM para futuras estructuras de aeronaves ligeras

Las estructuras de los aviones de hoy están compuestas por muchos materiales diferentes. Por ejemplo, el fuselaje y la estructura del ala del Airbus A350XWB están construidos principalmente de materiales compuestos con algunas partes metálicas. Aquí, las piezas se unen, según el diseño híbrido clásico, con pernos y remaches. Este diseño conlleva un elevado tiempo, esfuerzo y coste de montaje. Además, la gran cantidad de sujetadores en este diseño híbrido clásico introduce peso innecesario, así como concentraciones de tensión en los puntos de introducción de carga.

En el proyecto TOAST, Premium AEROTEC (Augsburg, Alemania), un proveedor Tier 1 de estructuras de fuselaje para el A350, ha presentado métodos completamente nuevos para unir materiales compuestos y metales. De esta manera, se pueden eliminar las desventajas del diseño híbrido clásico con pernos y remaches. Premium AEROTEC desarrolló y fabricó, en menos de cinco meses, un demostrador para una estructura similar a un aerofreno de avión, utilizando un moderno diseño híbrido. Consistía en un accesorio de introducción de carga de titanio fabricado con fabricación aditiva (AM) y una placa de compuesto termoplástico de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), unida mediante sobremoldeo de compuesto termoplástico.

La innovación de este demostrador es la conexión de los diferentes materiales sin tornillos ni sujetadores. Esto solo fue posible gracias al uso de fabricación aditiva y sobremoldeo termoplástico. El accesorio de titanio se diseñó con pasadores en su lado inferior y nervaduras diseñadas con estructuras de giroide, ambas fácilmente producidas con AM. La pieza de titanio AM y una placa de material compuesto termoplástico se colocaron luego en un molde de termoformado. Los dos componentes se prensaron juntos en un proceso de termoformado con un paso de moldeo por inyección inmediatamente después. Durante este paso, las nervaduras de material compuesto termoplástico en forma de V se sobremoldearon y presionaron en las nervaduras giratorias en forma de esponja del accesorio de titanio.

Las uniones en este demostrador híbrido se realizaron mediante conexión de material (CFRP - CFRP) o cierre de forma (titanio AM - CFRP). Paralelamente, se realizaron ensayos estructurales para la determinación de las propiedades mecánicas de las juntas. Estas pruebas mostraron que las capacidades de transferencia de carga eran similares a las de los remaches y pernos.

Las ventajas de este diseño híbrido moderno, en comparación con el diseño clásico que utiliza sujetadores mecánicos, incluyen una fabricación y montaje rápidos sin sujetadores, se necesitan menos piezas y los pasos del proceso para el montaje son más cortos y automatizados. Además, la eficiencia de las libertades de diseño aprovechadas por el uso de AM y el moldeo por inyección conducen a reducciones de peso. Esta tecnología se puede aplicar en cualquier lugar donde deban transferirse cargas entre puntos y superficies.

Premium AEROTEC es el primer fabricante de componentes del mundo en suministrar componentes impresos en 3D hechos de aleaciones de titanio para la producción de aviones en serie. Premium AEROTEC es un actor global en la industria de la aviación y alcanzó una facturación de 2.000 millones de euros en 2018. Su negocio principal es el diseño y construcción de estructuras de aeronaves en materiales compuestos de metal y fibra de carbono. La empresa tiene sedes en Augsburgo, Bremen, Hamburgo, Nordenham y Varel en Alemania, así como Braşov en Rumania. Premium AEROTEC emplea a unas 10.000 personas en todo el mundo.