Prototipado CNC: Elevando la Precisión, Fiabilidad y Velocidad de Producción en la Aviación

Publicado el 9 de octubre de 2020 | Por WayKen Rapid Manufacturing

El desarrollo de la industria aeronáutica de un país refleja verdaderamente la calidad de su artesanía y el nivel de conocimiento técnico que posee. Los requisitos de rigidez estructural, precisión, exactitud, calidad y fiabilidad son realmente críticos para esta industria. El concepto de mejora en el diseño de aeronaves e impulsar el ritmo en las líneas de producción siempre ha sido un desafío.

Por ello, el mecanizado y prototipado CNC abrieron su camino en esta industria. Las máquinas CNC, capaces de cumplir con estrictos requisitos de tolerancia, proporcionan una gran solución para satisfacer un conjunto diverso de requisitos manteniendo el ritmo de producción. A medida que avanza el artículo, analizaremos en detalle los diversos parámetros que intervienen en la industria aeronáutica y cómo la tecnología CNC la revoluciona.

Por Qué la Tecnología CNC es Adecuada para la Industria Aeronáutica

En un artículo de Lufthansa, se afirmaba que se necesitaron 6 millones de piezas para construir el Boeing 747-800. La tecnología CNC aporta varias ventajas a la industria aeronáutica. Analicemos algunas:

• Automatización y flexibilidad son dos parámetros clave requeridos. Las líneas de producción no son redundantes. La tecnología CNC permite que las líneas de producción se adapten rápidamente a diversas piezas. Así, se puede lograr un conjunto diverso de procesos de mecanizado. Múltiples procesos CNC pueden completarse en la misma máquina bajo una sola sujeción. Esto reduce el tiempo de procesamiento y producción en gran medida, aumentando los márgenes de beneficio y la eficiencia.
• Existen numerosas ventajas para producir piezas con este método, que incluyen precisión, repetibilidad, velocidad e integración CAD.
• A diferencia del fresado manual, controlado únicamente por humanos, donde las variaciones entre copias son enormes, los duplicados fabricados con fresadoras CNC garantizan una copia perfecta del objeto cada vez. La integración de Diseño Asistido por Computadora (CAD) en las fresadoras CNC permite un mejor rendimiento y copias perfectas en cada ocasión. Se puede diseñar, modificar o reformar cualquier pieza según sea necesario antes de producirla. El diseño creado en CAD puede ajustarse fácilmente, permitiendo crear diferentes programas que, al introducirse en la máquina CNC, permiten a la fresadora producir una copia física de la pieza. Esto puede conducir rápidamente a un prototipado rápido y sencillo.
• El avance tecnológico, no solo en el sector comercial sino también en las fuerzas armadas de un país, ha incrementado la demanda de aeronaves consistentes en calidad con mínimos defectos. Para producir copias perfectas de piezas con precisión y mantener el ritmo de la demanda de empresas como Boeing, Lockheed-Martin, Vickers y otras, las máquinas CNC son el mejor sustituto. Garantizan tanto la consistencia como la coherencia de las piezas producidas, permitiendo fabricar productos de mejor calidad para la industria aeronáutica. Muchas piezas aeroespaciales actuales deben producirse a partir de una sola pieza sólida de lingote de aluminio, forjados u otros materiales como acero inoxidable y aleaciones de alta resistencia para que puedan soportar grandes pesos y proporcionar resistencia estructural a la aeronave. Copias de este tipo de piezas pueden fabricarse fácilmente en máquinas CNC con poca o ninguna diferencia.
• La creciente demanda de fabricantes de aeronaves que buscan piezas de aviación ha allanado el camino para que numerosas empresas inviertan millones de dólares en compañías que ofrecen servicios de mecanizado CNC, tanto en el sector comercial como militar. Grandes empresas han llegado a fabricar piezas enormes con dimensiones de hasta 50" de diámetro, 60" de largo, 40" de ancho y 32" de alto. El peso de las piezas mecanizadas por CNC puede superar las 100 lbs. Estos proveedores de servicios de mecanizado CNC pueden permitirse y albergar grandes máquinas de fresado controladas numéricamente por computadora y también proporcionar a los fabricantes piezas siguiendo criterios de tolerancia estrictos. Los lugares donde se mide la tolerancia incluyen planitud, redondez y cilindricidad; planitud tan baja como ±0,000002 pulg., redondez de diámetro ±0,00005 pulg. y cilindricidad ±0,001 pulg. Estas tolerancias cerradas juegan un papel importante en piezas como el tren de aterrizaje, sobre el cual Raymer cita: "De los muchos componentes internos que deben definirse en el diseño de una aeronave, el tren de aterrizaje suele causar más problemas".
• Las tolerancias tienen un papel crucial en piezas donde hay poco margen de error en el tamaño. Existen empresas de mecanizado CNC especializadas en la creación de este tipo de piezas. La fabricación de piezas de aviación ha obligado a las empresas a invertir en equipos que les permitan completar la fabricación en una sola sujeción.

Aplicaciones del Mecanizado CNC en la Industria Aeronáutica

La complejidad evolutiva de las piezas en las aeronaves modernas requiere una precisión inmensa. Lo que comenzó con madera, alambre y otros materiales básicos en 1903 ha evolucionado rápidamente hacia el uso de compuestos y metales modernos. Las aeronaves modernas actuales implican el uso de un complejo sistema de aviónica, sistemas hidráulicos de última generación, superficies de control aerodinámicamente optimizadas, sistemas de compensación y pestañas de servo y sistemas de motores revolucionarios.

A medida que estos sistemas evolucionan rápidamente, siempre existe la necesidad de piezas personalizadas para mejorar los fuselajes existentes. No siempre es viable diseñar aeronaves completamente nuevas desde cero para algunas mejoras. Para aumentar la viabilidad de costos, se redacta una lista de actualizaciones y reemplazos de piezas para varias líneas de aeronaves. Los pedidos de piezas personalizadas similares se agrupan, lo que proporciona tanto compatibilidad como ahorro de costos. Por ejemplo, una línea antigua de Boeing 747 que requiere una actualización al último sistema de control Fly-by-wire no requiere fabricar toda la aeronave desde cero. En su lugar, se mecanizan los componentes del sistema específico.

De manera similar, evoluciones críticas en la industria aeronáutica requieren pruebas intensivas. El prototipado CNC ayuda enormemente en este sentido. Se utiliza para fabricar piezas de componentes estructurales, aviónica, sistemas de propulsión y piezas aerodinámicas.

Tras analizar la necesidad de piezas personalizadas y prototipos, analicemos algunas piezas clave producidas mediante mecanizado CNC:

¡Y esta lista no termina aquí!

Los materiales incorporados en la fabricación incluyen Aluminio, Titanio, Acero Inoxidable, Inconel, Kovar y Cobre. Los tipos de mecanizado generalmente utilizados incluyen fresado CNC de 3, 4 y 5 ejes, torneado, mecanizado por descarga eléctrica por hilo (EDM), desbarbado, micromecanizado y EDM de hundimiento.

Un ejemplo notable es Thompson Aero Seating, proveedor de soluciones de asientos de aviación en Irlanda del Norte. La empresa utilizó un proveedor de servicios de mecanizado CNC para fabricar rieles de soporte de aluminio para sus marcos de asientos de clase ejecutiva con el objetivo de lograr ciclos más cortos. Gracias a la incorporación del fresado CNC, los tiempos de ciclo se redujeron en un 100%, ¡de 61 minutos a tan solo 32 minutos! Además, el acabado superficial superior del fresado CNC permitió eliminar las operaciones de desbarbado y pulido.

Conclusión

Dados los hechos expuestos en este artículo, el papel fundamental del prototipado y mecanizado CNC es evidente. Desde lograr tolerancias precisas hasta la reducción de tiempos de ciclo, el mecanizado CNC proporciona una solución integral. Además, dada la cantidad actual de innovación en la industria aeronáutica, el prototipado CNC ofrece todos los pasos de mecanizado necesarios para analizar exhaustivamente el rendimiento, la estética y la fabricabilidad.