Cómo la Impresión 3D Revoluciona la Fabricación de Materiales Compuestos

Según Market Watch de 3D Science Valley, los materiales compuestos han encontrado su lugar en diversas aplicaciones, proporcionando materiales y métodos probados para fabricar componentes valiosos, especialmente piezas principales de aeronaves. La aplicación de compuestos avanza y hoy la impresión 3D acelera este progreso. La tecnología de fabricación aditiva permite fabricar piezas de materiales compuestos sin moldes, ofreciendo nuevas opciones para la industria.

Fabricación de compuestos más flexible

La tendencia de la impresión 3D - fabricación aditiva avanza hacia niveles multidimensionales profundos, orientándose a producción en masa y extendiéndose al lado de aplicación. Un camino hacia la industrialización es la combinación de nuevos materiales y nuevos procesos de fabricación.

"Compuesto" se refiere generalmente a un material de matriz polimérica termofija o termoplástica reforzada con fibras continuas o discontinuas, típicamente fibras de carbono, vidrio o naturales como yute, lino, aramida o basalto.

En la industria aeronáutica, por ejemplo, los aviones de 1970 tenían cero compuestos; hoy el Boeing Dreamliner es 80 % compuesto. En automoción, GE sustituyó en los años 80 muchas piezas de acero sin tensión (paragolpes, carcasas de filtros) por plástico. Las piezas de compuestos de fibra de carbono fabricadas aditivamente pueden reemplazar piezas existentes de igual manera.

Respecto a la aviación, la primera oportunidad para la impresión 3D de compuestos de fibra de carbono en automoción puede recaer en alerones, volantes o tiradores, avanzando gradualmente hacia componentes estructurales grandes.

Para la audiencia, el mercado final más valioso hoy es el aeroespacial. Los compósitos se usan en fuselajes (pieles, largueros, marcos), alas (pieles, nervios, largueros), colas, componentes discretos (ventanas, interiores: compartimentos de equipaje, tabiques), y paredes interiores.

Otros mercados por volumen de material incluyen energía eólica (palas de compuestos).

En fabricación de compuestos, la fabricación aditiva permite producir piezas más eficientes y rápidas, imposibles con métodos tradicionales en piezas discretas o baja serie. Introduce fibras continuas, aportando resistencia y rigidez, elevando la aplicación al siguiente nivel.

5 técnicas para impresión 3D de compuestos

1. Impregnación in situ: Las fibras secas entran en una boquilla mientras la matriz se inyecta por uno o más medios durante la deposición por coextrusión. La matriz se introduce y calienta, impregnando las fibras in situ antes de la deposición.

2. Coextrusión con preimpregnado: En lugar de fibras secas, se alimenta cinta preimpregnada/prepreg fina a una boquilla, calentada y coextruida con otros materiales de matriz. Típicamente la matriz es la misma en ambas. Anisoprint es excepción: prepreg termofijo y coextrusión termoplástica.

3. Extrusión de towpreg: La entrada de tow se calienta y extruye sin otro material.

4. Consolidación in situ: Similar a una versión reducida de colocación automática de fibras (AFP) para termoplásticos, donde el tow/cinta prepreg termoplástico entrante se cura in situ al depositarse. Durante la alimentación, el material se calienta por fuente externa en la boquilla y se coloca/cura con rodillos a presión durante la deposición.

5. Impregnación en línea: Similar a bobinado de filamento 3D, la fibra se impregna al llegar al cabezal de impresión. Como en extrusión de tow, la deposición ocurre por boquilla.

Desarrollo de aplicaciones de impresión 3D de compuestos

¿Qué piezas pueden fabricarse en compuestos ahora, o serán más fáciles gracias a la fabricación aditiva (AM)?

Soportes y fijadores se usan extensamente en aeroespacial, especialmente en estructuras aeronáuticas: series de marcos y largueros dentro de la piel del fuselaje. Actualmente, se requieren fijadores mecánicos para unir marco y estructura a la piel, usando complejos soportes y herrajes fabricados con fabricación tradicional de compuestos (moldeo por compresión). En el futuro, la fabricación aditiva lo hará más eficiente según volumen y requisitos de material.

No solo en grandes aplicaciones como aviones: la impresión 3D de compuestos tiene espacio imaginativo en escenarios pequeños.

La fabricación aditiva hace los compuestos cada vez más prácticos para piezas pequeñas, complejas y de baja serie. Por ejemplo, Hexcel usa su proceso "HexAM" para imprimir componentes de vehículos aéreos no tripulados (UAV).

Para piezas de baja serie y algo complejas, una pieza imaginable es el reemplazo de piezas mecanizadas en metal hoy. La sustitución de metal por compuestos lleva ~50 años en la industria. Sin embargo, los desafíos de los compuestos fabricados aditivamente para reemplazar productos metálicos deben abordarse.

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