Estructuras compuestas isogrid avanzadas creadas con tecnología de deposición de vanguardia

El fabricante de máquinas COMEC (Chieti, Italia), con el apoyo de la organización de I+D de compuestos CETMA (Brindisi, Italia), ha construido estructuras compuestas isogrid usando una tecnología de deposición innovadora. Esto se desarrolló dentro del proyecto de investigación titulado "Estudio de soluciones innovadoras de producto y proceso basadas en el uso industrial de materiales avanzados" financiado por la región de Abruzos de Italia como parte del programa "POR FESR Abruzos 2014-2020".

Estructuras isogrid

Las estructuras isogrid se usan en una variedad de aplicaciones y configuraciones. Estas estructuras típicamente consisten en una piel externa delgada conectada integralmente a un entramado de refuerzo. La repetición de elementos de refuerzo permite una distribución eficiente de cargas, haciéndola menos sensible a daño por impacto, deslaminación y propagación de defectos. Cuando la cuadrícula tiene un patrón triangular, tiene un comportamiento mecánico similar al de un material isotrópico. El diseño de una estructura isogrid requiere un molde híbrido consistente en una parte externa de aluminio y un molde interno de Teflón con la impronta de la estructura isogrid sobre la que realizar la deposición de materiales towpreg no consolidados. El molde híbrido es necesario para tener una compactación óptima del layup de towpreg —aprovechando el diferente coeficiente de expansión térmica (CTE) del Teflón, mientras ofrece al mismo tiempo una estructura de contención externa rígida de aluminio.

Tecnología de deposición

La tecnología de deposición, desarrollada por COMEC, está compuesta principalmente de dos elementos: un robot de seis ejes y cabeza de deposición de towpreg. La solución implica el uso de un robot antropomórfico con seis grados de libertad, tres asignados al brazo para operaciones de posicionamiento de la cabeza de deposición conectada a la muñeca y tres asignados a la muñeca misma para la orientación de la cabeza. La solución tecnológica propuesta para la cabeza de deposición introduce tow seco, que luego se impregna con resina mediante un sistema en línea. La impregnación tiene lugar dentro de la cabeza de deposición, integrando una unidad que permite que las fibras se humedezcan con la resina in-situ. El sistema de impregnación en línea reduce costes —el semielaborado cuesta más que el refuerzo seco usado aquí, y también requiere almacenamiento congelado/frío, no requerido por materiales de fibra seca.

El terminal de la cabeza de deposición es la última área por la que pasa el tow antes de la deposición. El tow sale del ojo de deposición impregnado y se deposita en la superficie del molde híbrido isogrid. Para asegurar buena compactación de las capas compuestas, se usa un rodillo para ejercer presión apropiada sobre el tow recién impregnado y posicionado.

Consolidación y resultados

Tras la deposición de capas de towpreg en el molde de Teflón, CETMA realizó el proceso de consolidación, usando el molde externo de aluminio en una prensa en caliente. El ciclo de polimerización depende de la resina usada para el towpreg. En este caso, la resina es epoxi y la polimerización completa necesita una temperatura de 120 °C.

Las estructuras isogrid hechas con compuestos representan una alternativa potencialmente atractiva a estructuras sándwich usadas en entornos hostiles. Su configuración flexible permite aplicaciones de alto rendimiento en una variedad de industrias. Gracias a la versatilidad de la máquina de impregnación desarrollada por COMEC, que puede usarse con prácticamente cualquier combinación fibra/matriz, estructuras isogrid con diferentes materiales compuestos pueden producirse fácilmente.

CETMA se complació en apoyar este desarrollo, y el equipo de I+D de COMEC valoró las contribuciones de CETMA a este proyecto: "La colaboración con CETMA ha permitido el crecimiento del know-how y la consolidación de una asociación cada vez más fuerte orientada a la innovación."