El proyecto de la UE “ComMUnion” desarrolla un proceso industrial para compuestos híbridos de metal y matriz polimérica

En los últimos años se ha producido un fuerte aumento de la demanda de componentes más ligeros para aplicaciones en movilidad y transporte en respuesta a la necesidad de ahorrar peso, y por tanto energía y recursos.

Los componentes híbridos hechos de acero y funcionalizados localmente con plásticos reforzados con fibra combinan un alto rendimiento mecánico con un peso reducido. La demanda de procesos de fabricación que conduzcan a la producción en masa rentable de tales estructuras está aumentando rápidamente. En el proyecto de investigación de la UE "ComMUnion", los dos Institutos Fraunhofer con sede en Aquisgrán, Alemania, el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción (IPT) y el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser (ILT), están trabajando en colaboración con 14 socios de la industria, la investigación y el mundo académico. , para desarrollar procesos industriales y soluciones para el diseño híbrido ligero mediante la combinación de compuestos de matriz de polímero y metal para aplicaciones automotrices y aeroespaciales.

El nuevo proceso de fabricación híbrido se basa en una combinación de texturizado láser y colocación de cinta asistida por láser. Los componentes se preprocesan primero utilizando el láser para proporcionar una estructura de superficie rugosa especialmente desarrollada y definida con precisión. La superficie texturizada permite que los materiales livianos termoplásticos reforzados con fibra continua, que luego se utilizarán para el refuerzo, se adhieran directamente al componente de acero. La unión es entonces mecánica, eliminando cualquier necesidad de medidas de pretratamiento adicionales o promotores de adhesión adicionales, como adhesivos o agentes de unión.

Los elementos de refuerzo están fabricados en termoplásticos reforzados con fibras, que se adaptan especialmente a las cargas esperadas y se unen al componente mediante un proceso de colocación de cinta. El láser calienta las cintas termoplásticas localmente en la zona de unión al acero. El material de la matriz se funde y fluye hacia las cavidades texturizadas con láser. Después de la solidificación del material fundido, la cinta con las fibras unidireccionales incrustadas se adhiere a la superficie rugosa de la pieza de acero.

Proceso combinado, apto para producción en masa

La ventaja de combinar estos dos procesos láser pasa a primer plano precisamente cuando las propiedades mecánicas del componente deben mejorarse localmente sin aumentar significativamente el peso del componente. El proceso es particularmente adecuado para la producción en masa, ya que no se requieren más pasos de procesamiento posterior, como operaciones de curado, para consolidar el material después de la colocación de la cinta. Además, el calentamiento localizado de precisión reduce la distorsión y las tensiones residuales al unir los dos materiales. El proceso de texturizado láser, que se ha desarrollado en Fraunhofer ILT, también se puede aplicar de forma reproducible a la superficie del metal, precisamente en los lugares donde se necesitan las texturas. Además, el láser no está sujeto a ningún desgaste de herramienta.

La primera pieza de carrocería híbrida ya está terminada como componente de demostración

Los socios de investigación han terminado ahora un primer componente de demostración hecho de acero de alta resistencia y cinta termoplástica reforzada con fibra unidireccional para validar la aplicabilidad del proceso en forma de prueba de concepto:los dos investigadores de Fraunhofer Kira van der Straeten de Fraunhofer ILT y Tido Peters de Fraunhofer IPT fabricaron un panel de balancines ligero híbrido, un componente de carrocería para la industria automotriz, para probar y demostrar la funcionalidad de la combinación de procesos como parte del proyecto ComMUnion.

Los socios del proyecto presentaron el componente a los visitantes profesionales en la feria de construcción ligera JEC World del 12 al 14 de marzo de 2019 en París en el “Composites in Action Area” organizado por AZL.

El proyecto “ComMUnion” está financiado por el Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea bajo el Acuerdo de Subvención No. 680567.

Parte de un panel de balancines automotriz híbrido funcionalizado localmente mediante colocación de cinta asistida por láser. Fuente | ComMUnion Fraunhofer IPT

Socios europeos del proyecto de investigación ComMUnion

• Aciturri Engineering SL, España
• AFPT GmbH, Alemania
• Centro Tecnológico Aimen, España (coordinador)
• Autotech Engineering, AIE, parte del Grupo Gestamp, España
• CASP S.A., Grecia
• Grupo ESI, Francia
• Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT, Alemania
• Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción IPT, Alemania
• Laboratorio de automatización y sistemas de fabricación (LMS) - Universidad de Patras, Grecia
• Lunovu GmbH, Alemania
• Missler Software, Francia
• Motofil Robotics, S.A., Portugal
• New Infrared Technologies SL, España
• Philips Photonics GmbH, Alemania
• Tecnatom S.A., España
• Universidade de Coimbra, Portugal

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Esta publicación es cortesía de Asociación de medios de CompositesWorld y AZL Aachen GmbH.