El proyecto ComMUnion de la UE innova en la fabricación rentable de compuestos híbridos metal-polímero para movilidad ligera

En los últimos años ha habido un aumento pronunciado en la demanda de componentes más ligeros para aplicaciones en movilidad y transporte, en respuesta a la necesidad de ahorrar peso y, por tanto, energía y recursos.

Los componentes híbridos de acero y funcionalizados localmente con plásticos reforzados con fibra combinan un alto rendimiento mecánico con bajo peso. La demanda de procesos de fabricación que permitan la producción en masa rentable de estas estructuras está creciendo rápidamente. En el proyecto de investigación de la UE "ComMUnion", los dos Institutos Fraunhofer con sede en Aquisgrán, Alemania —el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción (IPT) y el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser (ILT)— trabajan en colaboración con 14 socios de la industria, la investigación y la academia para desarrollar procesos y soluciones industriales para el diseño ligero híbrido combinando metal y compuestos de matriz polimérica para aplicaciones automotrices y aeroespaciales.

Proceso combinado de texturizado láser y colocación de cinta asistida por láser

El nuevo proceso de fabricación híbrido se basa en una combinación de texturizado láser y colocación de cinta asistida por láser. Los componentes se preprocesan primero con láser para proporcionar una estructura de superficie rugosa especialmente desarrollada y precisamente definida. La superficie texturizada permite que los materiales ligeros termoplásticos reforzados con fibra continua, que luego se utilizarán para el refuerzo, se unan directamente al componente de acero. La unión es mecánica, eliminando cualquier necesidad de medidas adicionales de pretratamiento o promotores de adhesión, como adhesivos o agentes de unión.

Los elementos de refuerzo están hechos de termoplásticos reforzados con fibra, especialmente adaptados a las cargas esperadas y unidos al componente mediante un proceso de colocación de cinta. El láser calienta localmente las cintas termoplásticas en la zona de unión con el acero. El material de matriz se funde y fluye hacia las cavidades texturizadas por láser. Tras la solidificación del material fundido, la cinta con las fibras unidireccionales incrustadas se adhiere a la superficie rugosa de la pieza de acero.

Proceso combinado apto para producción en masa

La ventaja de combinar estos dos procesos láser destaca precisamente cuando las propiedades mecánicas del componente deben mejorarse localmente sin aumentar significativamente su peso. El proceso es especialmente adecuado para la producción en masa, ya que no se requieren pasos adicionales de post-procesado, como operaciones de curado, para consolidar el material después de la colocación de la cinta. Además, el calentamiento localizado de precisión reduce la distorsión y las tensiones residuales al unir los dos materiales. El proceso de texturizado láser, desarrollado en el Fraunhofer ILT, también puede aplicarse de forma reproducible a la superficie metálica, precisamente en los lugares donde se necesitan las texturas. Además, el láser no está sujeto a ningún desgaste de herramienta.

Primer componente demostrador de carrocería híbrido ya finalizado

Los socios de investigación han finalizado ahora un primer componente demostrador hecho de acero de alta resistencia y cinta termoplástica reforzada con fibra unidireccional para validar la aplicabilidad del proceso en forma de prueba de concepto: Los dos investigadores de Fraunhofer, Kira van der Straeten del Fraunhofer ILT y Tido Peters del Fraunhofer IPT, fabricaron un panel lateral híbrido ligero, un componente de carrocería para la industria automotriz, para probar y demostrar la funcionalidad de la combinación de procesos como parte del proyecto ComMUnion.

Los socios del proyecto presentaron el componente a los visitantes profesionales en la feria de construcción ligera JEC World del 12 al 14 de marzo de 2019 en París en el "Composites in Action Area" organizado por AZL.

El proyecto "ComMUnion" está financiado por el Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea bajo el Acuerdo de Subvención No. 680567.

Parte de un panel lateral automotriz híbrido funcionalizado localmente mediante colocación de cinta asistida por láser. Fuente | ComMUnion Fraunhofer IPT

Socios europeos del proyecto de investigación ComMUnion

• Aciturri Engineering SL, España
• AFPT GmbH, Alemania
• Aimen Technology Centre, España (coordinador)
• Autotech Engineering, AIE, parte del Grupo Gestamp, España
• CASP S.A., Grecia
• ESI Group, Francia
• Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, Alemania
• Fraunhofer Institute for Production Technology IPT, Alemania
• Laboratory for Manufacturing Systems and Automation (LMS) – Universidad de Patras, Grecia
• Lunovu GmbH, Alemania
• Missler Software, Francia
• Motofil Robotics, S.A., Portugal
• New Infrared Technologies SL, España
• Philips Photonics GmbH, Alemania
• Tecnatom S.A., España
• Universidade de Coimbra, Portugal

Para más información, contacte:

kira.van.der.straeten@ilt.fraunhofer.de o malena.schulz@ipt.fraunhofer.de

Esta publicación es cortesía de la alianza mediática entre CompositesWorld y AZL Aachen GmbH.