Democratizando Producción Compuestos: Cintas Termoplásticas Multicapa, AFP e Infusión Resina

Novotech: De Spin-off Universitario a Referente Composites

Novotech (Nápoles, Italia), spin-off Universidad Nápoles "Federico II" (1992, prof. Leonardo Lecce, actual CEO). Apoyo aviación general, I+D Italia. Análisis estructurales piezas avión, desarrollo aeronaves. Cerca factoría Leonardo (fuselajes Boeing 787) → foco composites 2014. Compró célula AFP Coriolis Composites (Queven, Francia). Desarrolló procesado fuera autoclave (OOA): infusión resina, composites termoplásticos, experiencia en consolidación in-situ AFP.

Proyectos Investigación

• MESEMA (Sistemas Magnetoelásticos Aviones Más Eléctricos)
• SARISTU (Estructuras Aeronáuticas Inteligentes)
• ASAM (Simulación Avanzada Mecanismos Aeronáuticos)
• LAMITECH (Métodos Test Innovadores Capas Híbridas Automáticas)
• PROALATECH (Caracterización Estructural/Reparación Empenajes CFRP Innovadores)
• FACE (Entorno Cabina Amigable)
• AIRGREEN 2 - CLEAN SKY 2 (Conceptos Ala Innovadores Aviones Regionales Next-Gen)
• SISTER CHECK (Inspección No Destructiva AFP)
• TRINITI - CLEAN SKY 2 (Tanques Nitrógeno Alta Presión Multi-material Termoplástico)
• NHYTE - H2020 (Nuevas Estructuras Aero Híbridas Termoplásticas OOA)

Relación especial con Cytec UK (adquirida por Solvay, Heanor, UK — historia innovación, ej. formado doble diafragma probado programa RAPM). Última actividad: proceso OOA termoplástico con prensa innovadora combinando PEEK + PEI → nuevo composite. Demostrado en stringer avión CFRP via AFP consolidación in-situ + soldadura (proyecto NHYTE).

Proyecto NHYTE

Financiado Comisión Europea Horizonte 2020 (mayo 2017 - octubre 2020). "NHYTE usa unión amorfa para condiciones temp/proceso sostenibles composites termoplásticos", explica Dr. Marco Barile (coordinador NHYTE, CTO Novotech). Unión amorfa (patentada por división aeroestructuras Leonardo, Roma) permite procesar a temp bajas.

Limitación actual AFP consolidación in-situ (ISC) termoplásticos: temp ~400°C para PEEK semicristalino. NHYTE: calentar solo > Tg 215°C PEI amorfo. Fundido/enfriado PEI más rápido, menos controlado vs PEEK. Concepto usable con otros termoplásticos amorfos. PEI elegido: buena unión a PEEK (probado en demostradores aeroestructuras AFP).

Nueva Cinta Termoplástica Multicapa

Producida en prensa continua diseñada Novotech. Orma Macchine (Bérgamo) cuerpo prensa; COMEC Innovative (Chieti) módulos bobinado/desbobinado. "Prensa hace rollo continuo → cortado en slit tape para AFP", dice Barile. 3 materiales entran izquierda: PEI arriba/abajo, PEEK medio. Control presión/enfriamiento a lo largo placas: ~400°C inicio → <200°C final. Resultado: un material combinado de 3 capas.

PEEK semicristalino → propiedades mecánicas altas estructuras primarias. PEI amorfo → fundido/union rápido/simple. Cinta ya consolidada en fabricación → AFP solo calienta fundir/compactar capas PEI para unión amorfa. Laminado: PEEK consolidado - cinta PEI + capas PEI-PEI (patente Leonardo). Menos obstáculos vs AFP ISC actual PEEK/PEKK.

Crítica AFP ISC: lento (60-100 mm/s vs 600-700 mm/s "two-step": AFP rápido + horno/autoclave secundario). "Nuestro material: tasas AFP no tan lentas como ISC típica, calentamiento AFP <300°C. Cerramos brecha rendimiento vs materiales estándar", dice Barile. Compara AFP ISC termoplásticos vs termoestables (Boeing 787, Airbus A350). "Componentes grandes (secciones fuselaje): asequibilidad problema con curado autoclave. Termoplásticos → proceso más asequible, pero temp altas y AFP lentas con materiales aeroespaciales actuales. Nuestro enfoque resuelve esto. ~30% cristalinidad en cinta via prensa continua. Esa cristalinidad en pieza, solo trabajamos capa amorfa en AFP. Material experimental, mejorable. Objetivo NHYTE: proceso one-step para aplicaciones aeroespaciales estructurales".

Optimización Cinta y AFP

Primeras cintas multicapa hechas en Novotech. PEI: Sabic Ultem 1000 film slit sin carga. PEEK: cinta APC-2/AS4 fibra carbono Solvay. Espesor total ~0.26 mm, capas PEI 1-2 mils (0.001-0.002"). Cupones probados ILSS (resistencia cizalla interlaminar) validar proceso. Pequeños cupones testados Applus Laboratories (Barcelona) para propiedades mecánicas completas (tracción, compresión, OHC, filled hole tension, CAI, BVID, condicionamiento fluidos).

"Calidad material mejorable (ej. volumen fibra varía bajo/alto a lo largo espesor → afecta propiedades/ILSS). Pero NHYTE demostró concepto".

Optimización AFP requirió trabajo experimental significativo. Enfoque Design of Experiments (DOE) optimizar parámetros AFP. Herramienta desarrollada por socio Universidad Sur Bretaña (USB, Lorient, Francia) → mejorar carga calentamiento láser via simulación numérica predictiva. Verificada primero en cinta APC-2, luego aplicada nuevo material multicapa. Paper enviado revista Composite Structures.

"Modelas conductividades térmicas punto nip. Verificas experimentalmente predicción simulación. Necesario para mejor compromiso: velocidad layup, flujo fundido polímeros, envejecimiento [cocción] lámina. Balance variables consolidación in-situ. Miras disminución temp cinta entrante sobre cinta ya colocada. Si gestionas cambio temp, reduces tensiones residuales. Personalizas calentamiento según forma trayectoria y orientación lámina".

Demostradores Stringer y Fuselaje

Siguiente paso: demostradores stringer. Primero muestras pequeña escala prensa estacionaria, luego demostradores proceso continuo formado stringer → verificar requisitos producción industrial. Stringers unidos a panel piel fuselaje AFP mediante soldadura inducción desarrollada CETMA (Brindisi).

¿Ventajas nuevo material soldadura inducción? "Procesa igual. Pero no fácil para CETMA definir parámetros: nuestro material tiene menos fibra carbono vs cintas estándar". Demostradores testados Applus. NHYTE partners Universidad Bath (UK) y Leonardo Aircraft usaron ENDI evaluar calidad.

"Hemos hecho muchos cupones, piezas pequeñas, gran demostrador. Resultados Applus muy buenos considerando menor coste proceso vs estándar. 20-25% menor resistencia/rigidez vs cintas termoplásticas estándar actuales, pero identificadas mejoras proceso que ayudarán". NHYTE terminó 30 oct 2020. "Idea: nuevo proyecto con mejoras. Hemos probado fabricación material, procesado AFP ISC, formado continuo, soldadura inducción. Ahora optimizar industrialización". Novotech busca continuar mismo consorcio + nuevos socios.

Leonardo también mejora AFP ISC con soldadura inducción y cinta TPC calentamiento/enfriamiento rápido. Resultados alentadores PEI/PEEK multicapa publicados por IMDEA Materials (Madrid) y FIDAMC (Madrid, líder AFP ISC años). Ver publicaciones NHYTE.

Proyecto SWING

Smart Wing for New General Aviation (SWING): endoso Piaggio Aerospace (Villanova d'Albenga) + cofinanciación Ministerio Desarrollo Económico italiano (MISE). Consorcio: Novotech, Protom (Nápoles, coordinador), Laer Aeronautical (Airola), A. Abete Aerostructures (Nola), ItalSystem (Avellino, diseño aeroespacial). Objetivo: adaptar procesos OOA automatizados (AFP + infusión resina líquida LRI) para producción rentable/sostenible aviones menores, usando ala anterior Piaggio P.180 Avanti como demostrador.

"Producir ala anterior P.180 en solo 2 partes principales: panel superior e inferior, ambos moldeados con stringers y largueros integrados", dice Lecce.

Inicio: trabajo laboratorio calificado Solvay UK (desde 2015 nuevos materiales/procesos AFP, LRI, termoplásticos). Preformas secas con cinta fibra seca Solvay PRISM TX1100 para AFP. Infundidas con resina epoxi endurecida Solvay PRISM EP 2400 y curadas horno. Marco proyecto AIRGREEN 2 (Clean Sky 2 Green Regional Aircraft) → continuado SWING. Nota: PRISM TX1100/EP 2400 calificados United Aircraft Corporation para primer ala infundida resina avión comercial — Irkut MS-21 (AeroComposit).

Paneles superior/inferior unidos adhesivo estructural → test estáticos próximo año. "Paralelo: caracterizando otro composite TX1100 cinta seca + blend resina Covestro (Leverkusen) alternativa válida resinas grado aero, sectores tasas producción altas", añade Barile. "Resina no tan alto rendimiento, pero funciona infusión y cumple requisitos caja ala. Compromiso necesario para reducir coste. Esperamos contribuir introducir tecnología aviación general. También usable sector automoción".

Proyecto TRINITI

Novotech en Clean Sky 2 TRINITI (tanques nitrógeno alta presión multi-material termoplástico avión) 2019-2021. Entrada evolucionó de desarrollo con empresa aeroespacial italiana. "Verificábamos potencial AFP con nuestra cinta multicapa para producción tanques criogénicos combustible lanzadores vs filament winding actual", explica Barile. "TRINITI desarrollará concepto material multicapa similar NHYTE y fabricará tanque AFP ISC".

Ventaja AFP vs filament winding (FW): "Decides dónde colocar material. No limitado por filamento enrollado continuamente. Tanque con mucho material en tapas extremo (no puedes cortar filamento winding). Cortando/reiniciando fibra/cintas donde quieras AFP, material solo donde necesario. Gestionas gaps entre cintas (clave evitar permeación gas). FW: aumentar material aplicado. AFP usa slit tape, no towpreg. Consolidación in-situ → sin autoclave. Demostrado AFP alternativa factible y asequible".

CETMA tests permeación gas evaluar rendimiento materiales multicapa vs specs. Requisitos: Diehl Aviation (Gilching/Dresden) tanque nitrógeno alta presión larga duración sistemas extinción incendios avión. Temp: -55°C a 85°C suelo, -40°C a 70°C vuelo, presión hasta 1.000 bar.

"Objetivo: reducir peso y pasos fabricación. Peso ahorrado no colocando material innecesario, pero FW más rápido vs AFP. Factor: tanque típico liner metal/plástico sobrenrollado CFRP. TRINITI busca liner-less (Tipo V). Evitar permeación gas con laminado AFP bajo voids. Testing CETMA combinaciones materiales, downselect próximo. Luego prototipo tanque, diseño depende material/proceso final. Testing por CTL Composites (Galway, Irlanda)".

Proyecto SEAGULL

Iniciado hace 3 años. "Objetivo: nueva generación hidroavión pequeño con tech fabricación composite nueva, propulsión híbrida eléctrica, ala plegable automática (patentada)", explica Lecce. "Intención: avión despegue/aterrizaje corto (STOL) competitivo vs VTOL pero más asequible. Creemos podría ser avión personal operado desde cualquier superficie, importante futuro aeronáutica/movilidad".

Equipo SEAGULL: test sistema propulsión híbrida, prototipo agua primera fase, pruebas agua octubre. "Tras pruebas, prototipo volador en pocos meses. Equipo muy experimentado, empresas >50 años experiencia aviación general".

Prototipo volador SEAGULL: fuselaje, cola, ala composite. "Impulsaremos fabricación automatizada AFP + infusión resina. Problema principal: coste materiales. Buscamos combinación material/proceso más democrática en coste".