AEROTEC presenta diseño híbrido avanzado CFRP-AM para estructuras de aeronaves ligeras

Las estructuras de aeronaves de hoy consisten en muchos materiales diferentes. Por ejemplo, la estructura de fuselaje y ala del Airbus A350XWB se construye principalmente de compuestos con algunas piezas de metal. Aquí, las piezas se unen, según el diseño híbrido clásico, con tornillos y remaches. Este diseño conduce a alto tiempo de montaje, esfuerzo y coste. Además, el alto número de fijaciones en este diseño híbrido clásico introduce peso innecesario, así como concentraciones de tensión en puntos de introducción de carga.

En el proyecto TOAST, Premium AEROTEC (Augsburgo, Alemania), proveedor de nivel 1 de estructuras de fuselaje para el A350, ha presentado métodos completamente nuevos de unión de compuestos y metales. De esta manera, se pueden eliminar las desventajas del diseño híbrido clásico con tornillos y remaches. Premium AEROTEC desarrolló y fabricó, en menos de cinco meses, un demostrador para una estructura tipo aerofreno de aeronave, usando un diseño híbrido moderno. Comprendía una pieza de introducción de carga de titanio hecha con fabricación aditiva (AM) y una placa de polímero reforzado con fibra de carbono (PRFC) termoplástico, unidas usando sobremoldeo de compuesto termoplástico.

La innovación de este demostrador es la conexión de los diferentes materiales sin tornillos ni fijaciones. Esto solo fue posible por el uso de fabricación aditiva y sobremoldeo termoplástico. La pieza de titanio AM fue diseñada con pines en su lado inferior y costillas diseñadas con estructuras giroides, ambas fácilmente producidas con AM. La pieza de titanio AM y una placa de compuesto termoplástico se colocaron entonces en un molde de termoformado. Los dos componentes se prensaron juntos en un proceso de termoformado con un paso de moldeo por inyección inmediatamente después. Durante este paso, las costillas de compuesto termoplástico en forma de V fueron sobremoldeadas y prensadas en las costillas giroides esponjosas de la pieza de titanio AM.

Las uniones en este demostrador híbrido se realizaron ya sea por conexión de material (PRFC–PRFC) o por cierre de forma (titánio AM–PRFC). En paralelo, se realizaron ensayos estructurales para la determinación de las propiedades mecánicas de las uniones. Estas pruebas mostraron que las capacidades de transferencia de carga eran similares a las de remaches y tornillos.

Las ventajas de este diseño híbrido moderno, en comparación con el diseño clásico usando fijaciones mecánicas, incluyen fabricación y montaje rápidos sin fijaciones, se necesitan menos piezas y los pasos del proceso para el montaje son más cortos y automatizados. Además, la eficiencia de las libertades de diseño explotadas al usar AM y moldeo por inyección conducen a reducciones de peso. Esta tecnología puede aplicarse en cualquier lugar donde las cargas deban transferirse entre puntos y superficies.

Premium AEROTEC es el primer fabricante de componentes en el mundo en suministrar componentes impresos en 3D hechos de aleaciones de titanio para producción en serie de aeronaves. Premium AEROTEC es un actor global en la industria de la aviación y logró una facturación de 2.000 millones de euros en 2018. Su negocio principal es el diseño y construcción de estructuras de aeronaves en metal y materiales compuestos de fibra de carbono. La empresa tiene sedes en Augsburgo, Bremen, Hamburgo, Nordenham y Varel en Alemania, así como Braşov en Rumanía. Premium AEROTEC emplea alrededor de 10.000 personas en todo el mundo.