CFRP supera al acero en rótulas de precisión

Como se indica en CW Artículo destacado sobre herramientas reconfigurables, la empresa de diseño de accesorios modulares / proveedor de componentes Prodtex (Gotemburgo, Suecia y Bristol, Reino Unido) no solo está cambiando la forma en que se ensamblan las grandes estructuras compuestas, sino que también está utilizando compuestos para construir los propios accesorios. En los dispositivos que deben ser levantados e instalados por humanos y / o manipulados por robots, la masa reducida y la alta rigidez se traducen en menos mano de obra / robots más pequeños, mayor velocidad de producción y, como resultado, costos reducidos. Con estos objetivos, Prodtex está trabajando ahora en su primer robot de posicionamiento Hexapod totalmente compuesto, utilizando juntas de rótula de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) producidas por Corebon AB (Malmö, Suecia).

“La idea original era rediseñar las juntas de rótula de metal para que tuvieran menos reacción”, recuerda el director ejecutivo de Corebon, Tobias Björnhov. Explica que las rótulas y los cojinetes de la empresa, que cuentan con carcasas de CFRP, tienen un juego casi nulo, lo que significa que no hay espacio ni juego entre las piezas, "por lo que la unión está rígida antes de que se cargue". Por lo general, "si cambia la dirección de la fuerza en un cojinete, podría moverse", señala, pero afirma, "Nuestras estructuras no se mueven, porque están precargadas y son muy rígidas".

Corebon comenzó reforzando las carcasas de rótula de metal con CFRP, que también se precargaron ajustando por contracción la carcasa de CFRP a la bola de metal (con la ayuda de la diferencia en el coeficiente de expansión térmica). "Eran buenos", dice Björnhov, "pero costosos de hacer". Por eso, Corebon desarrolló una carcasa de rótula totalmente de CFRP, reemplazando múltiples piezas de metal mecanizadas con precisión que deben ensamblarse perfectamente alrededor de la bola con una sola moldura de CFRP. El moldeado y la precarga del conjunto de dos partes (la bola sigue siendo de metal) se logra en un solo paso, utilizando tecnología patentada.

Corebon también fabrica cojinetes deslizantes y otros pares cinemáticos, es decir, dos objetos conectados que imponen restricciones en su movimiento relativo, como un pistón en un cilindro, rótulas y cojinetes, así como piezas para robots, como las cúpulas CFRP que se muestran en la parte superior. derecho. Björnhov explica que esta cúpula comprende la muñeca robótica del efector final, "donde se conectaría un motor / husillo para una herramienta de mecanizado o un cabezal de colocación de cinta, etc." Señala que las iteraciones futuras de estas cúpulas también podrían usarse como nodos en los accesorios de "araña" grandes pero livianos para el ensamblaje, como los fabricados por TETRAFIX AB (Kungälv, Suecia) y las estructuras ligeras de Prodtex. “Nuestras primeras aplicaciones han sido en robots donde se requiere alta precisión. Al reducir el peso de los efectores finales, aumentamos la precisión y la velocidad ". ¿Cuánta reducción de peso? “Desde 27 kg hasta 5,5 kg para la estructura robótica del portaherramientas / muñeca”, dice Björnhov.

Aunque la cúpula de CFRP tiene núcleo de espuma estructural de polimetacrilimida ROHACELL de Evonik Corporation (Darmstadt, Alemania), Corebon también obtiene una alta resistencia y rigidez específicas al maximizar el contenido de fibra. “Logramos un volumen de fibra muy alto, hasta un 80%, que está cerca del máximo teórico posible”, señala Björnhov. Esto no solo es sorprendente, sino que también tiene implicaciones intrigantes. "Las fibras realmente se tocan", explica, "por lo que obtenemos una alta conductividad térmica y eléctrica, no solo en el plano sino también en la dirección z".

El proceso de fabricación que permite esto, ahora cubierto por una serie de patentes, se derivó de los esfuerzos para mejorar el moldeo por transferencia de resina (RTM) y el control de la inyección y el calentamiento de la resina. “Inyectamos la resina, no solo para el procesamiento de RTM, sino también para el moldeo por compresión y el devanado de filamentos”, señala Björnhov. "La clave es que calentamos desde adentro del compuesto, por lo que controlamos el calor volumétricamente, señala, y agrega:"Esto no está vinculado a ningún tipo específico de matriz".

La clave aquí es la tecnología de calentamiento inductivo. Pero Björnhov explica que Corebon's se diferencia de la fabricación de otros compuestos basados ​​en calentamiento inductivo, "tanto en los inductores que usamos como en la forma en que controlamos el campo electromagnético". El calentamiento 3D instantáneo y uniforme resultante se puede aplicar a casi cualquier proceso de CFRP, incluido el curado preimpregnado y la pultrusión. Según se informa, ofrece tiempos de ciclo 10 veces más rápidos que los procesos de compuestos convencionales, reduce los costos de energía hasta en un 95% y utiliza moldes que son 20 veces más livianos que el acero. Corebon está licenciando la tecnología y ya tiene asociaciones con empresas japonesas, incluida Sumitomo Corp. (Tokio, Japón).

“Ahora estamos buscando otras aplicaciones, como suspensiones automotrices y componentes de aviones que necesitan pares cinemáticos con alta precisión y rigidez”, dice Björnhov. Corebon también se está preparando para la escala industrial requerida en estas industrias, con varios proyectos en progreso para demostrar su capacidad para producir a gran volumen