Dominando materiales compuestos: estrategias de producción eficientes para OEM aeroespaciales

En la carrera por escalar la producción para satisfacer la demanda de aviones comerciales, no hay una única forma de hacer el mejor avión. A medida que los OEM aeroespaciales consideran todas sus opciones de materiales y procesamiento, seguirán encontrando aplicaciones innovadoras tanto para compuestos termoestables (TS) como termoplásticos (TPC), por no mencionar otras opciones como tejidos de fibra de carbono en seco y compuestos de matriz cerámica (CMC).

Determinar las combinaciones óptimas de materiales y procesos para construir cada pieza, con el rendimiento y calidad requeridos, y al menor coste total de adquisición (TCA), puede ser como resolver un Cubo de Rubik. Cada socio de la cadena de suministro colabora con el OEM para alinear un lado diferente del cubo, con el objetivo general de entregar un avión seguro, de alto rendimiento, eficiente en combustible, cómodo, a la aerolínea, a tiempo y rentable.

Los paradigmas cambian constantemente a medida que evolucionan materiales avanzados y técnicas de fabricación. Para cada componente y pieza de avión —sea un ala, fuselaje, larguero, pieza interior o motor— hay un conjunto de consideraciones en cascada. ¿Qué materiales son viables para la aplicación? ¿De qué formas diferentes puede formatearse —por ejemplo, como capas de relleno, cinta cortada en bobinas, copos picados o tejido sesgado? ¿Qué tecnología de colocación es compatible con el material formateado —como colocación manual, colocación robótica (en forma de colocación automatizada de cinta o fibra), preformas o moldeo por compresión cerrado?

Cada camino de material y proceso (M&P) aporta posibilidades emocionantes. Los compuestos de matriz cerámica ofrecen la capacidad de reemplazar metales en aplicaciones de alta temperatura. Los termoplásticos están atrayendo mucho interés por su reciclabilidad, soldabilidad, procesamiento rápido y simplicidad general de manipulación de materiales. Permanecen estables a temperatura ambiente y no son tan susceptibles a contaminantes ambientales en el lugar de trabajo como los materiales termoestables. Los tejidos en seco también dan a los fabricantes libertad de almacenamiento refrigerado y abren opciones de procesamiento adicionales. Y, por supuesto, los termoestables siguen proporcionando una solución probada para formación de piezas de alta calidad y consistente —con costes bien establecidos y escalabilidad probada.

Aprovechando competencias nucleares

Se podría argumentar que una ejecución excelente es tan importante como el propio camino M&P elegido. Después de todo, no sirve de nada ahorrar tiempo de ciclo usando una solución fuera de autoclave (OOA) si falta una capa o se coloca en el orden incorrecto, y todo el proceso de fabricación debe reiniciarse. Cuando cada socio de la cadena de suministro puede centrarse en su papel especializado y competencias nucleares, con una comprensión de cómo ese papel logra el objetivo del producto final, todos ganan.

Por ejemplo, un socio de formateo eficaz debería poder entregar diferentes materiales personalizados a los requisitos del fabricante de aviones o proveedor de nivel —con mejor calidad, mayor velocidad y menor TCA de lo que se podría lograr internamente. Hoy, esto a menudo incluye corte, bobinado, corte por cuchilla, corte por chorro de agua, mecanizado, picado, apilado de capas de preforma o kit de materiales, en formatos listos para procesos de fabricación automatizados, semiautomatizados o manuales downstream.

Un socio de fabricación externalizado también puede ayudar a los OEM a experimentar con diferentes opciones M&P antes de escalar a una solución de producción en masa de alto volumen. Con una infraestructura de formateo externalizada robusta a su disposición, los fabricantes de aviones tienen acceso al equivalente de fabricación de una membresía de gimnasio en la que «entrenar» teorías, descartar lo que no cumple expectativas y escalar lo que funciona, a una fracción del coste y problemas que costaría montar su propio «gimnasio» o instalación de pruebas.

Los OEM y proveedores de nivel tienen la oportunidad de externalizar la gestión de información de sus materiales a socios de formateo. Dicha gestión incluye analítica predictiva para programas de inventario gestionado por proveedor, seguimiento y gestión automatizada del tiempo fuera de preimpregnado y gestión de datos de pruebas y cualificación de materiales.

Al invertir en equipos, tecnologías y personal dedicados a estas capacidades, los formateadores de materiales liberan a sus socios de la cadena de suministro de estas responsabilidades, permitiéndoles centrar recursos en sus competencias nucleares. Y cuando los innovadores de diseño y ensamblaje de aviones pueden centrarse en hacer precisamente eso, el cielo es el límite en términos de qué avances aeroespaciales de próxima generación idearán a continuación.

Sobre los autores

Michael Quarrey es vicepresidente de Operaciones Aeroespaciales de Web Industries. Tiene más de 30 años de experiencia en gestión enfocada en crear equipos de alto compromiso y alto rendimiento. Quarrey tiene un M.S. en Dinámica de Sistemas del Dartmouth College y un B.S. en Ciencias de la Computación del Worcester Polytechnic Institute. Puede contactarse en mquarrey@webindustries.com.

Ben Winters es director general de Web Industries Inc. — CAD Cut Services y tiene más de 25 años de experiencia trabajando con clientes aeroespaciales. Web Industries es un formateador de precisión de compuestos de fibra de carbono y otros materiales usados en fabricación aeroespacial. Winters y el equipo de Web se involucran con OEM y proveedores de nivel temprano en desarrollo de producto para idear soluciones de formateo optimizadas para la mezcla de materiales, máquinas y procesos de fabricación del cliente. Puede contactarse en bwinters@webindustries.com.