ULTEM (PEI) en la fabricación aditiva aeroespacial: claves y aplicaciones

Introducción a los plásticos ULTEM

Los polímeros plásticos de alto rendimiento se dividen en dos categorías: termoestables y termoplásticos. Los polímeros termoestables son aquellos que se solidifican hasta alcanzar una dureza irreversible tras el curado, debido a los enlaces químicos internos del plástico. El polímero se endurece en un patrón de entrecruzamiento que impide que se vuelva a fundir, incluso bajo calor extremo.

ULTEM®, nombre comercial del poliéterimida (PEI), es una de las pocas resinas termoplásticas amorfas disponibles comercialmente que conserva su integridad mecánica a altas temperaturas. Desarrollado inicialmente por la división de plásticos de General Electric (ahora SABIC) a principios de los años 80, ULTEM es un plástico de alto rendimiento que ha sido un pilar de la industria manufacturera durante más de 35 años. Este material es resistente, químicamente estable, ignífugo, fácil de procesar y capaz de soportar temperaturas extremadamente altas manteniendo propiedades eléctricas estables.

Se utiliza habitualmente en la producción de placas de circuito, gafas, equipos de preparación y esterilización de alimentos y, quizás lo más notable, piezas de aeronaves. ULTEM es conocido por su resistencia y durabilidad. Siga leyendo para descubrir todo lo que necesita saber sobre ULTEM.

Impresión con ULTEM

ULTEM es fácil de termoformar y puede fabricarse mediante modelado por deposición fundida (FDM). Una boquilla calentada sigue repetidamente una trayectoria de herramienta definida y deposita una capa del material a la vez hasta que la pieza está completamente formada.

El moldeo por inyección es otra opción rápida y rentable para fabricar con ULTEM. Los gránulos termoplásticos se alimentan en el tornillo de inyección, se funden e inyectan en el molde, se enfrían y endurecen, y luego la pieza terminada se expulsa mediante el eyector. Este proceso es ideal para la producción de piezas uniformes en grandes cantidades, como zócalos de burn-in.

Especificaciones mecánicas

ULTEM destaca entre otros polímeros de alto rendimiento porque está diseñado exclusivamente para permanecer mecánicamente estable bajo condiciones extremas. Puede soportar temperaturas superiores a 217 °C durante períodos prolongados y mantenerse dimensionalmente estable en temperaturas fluctuantes. Es intrínsecamente resistente a la llama y produce humo mínimo cuya toxicidad no supera a la del humo generado por la quema de madera.

Los termoplásticos amorfos tienden a agrietarse al contacto con grasas y aceites de alimentos, alcoholes, ácidos, fluidos usados en el mantenimiento de automóviles y aeronaves, y otras soluciones acuosas. No solo ULTEM resiste el agrietamiento por tensión bajo estas condiciones, sino que también es resistente a los rayos ultravioleta y a la radiación gamma.

Las especificaciones mecánicas clave de ULTEM incluyen:

• Resistencia a la tracción a rotura (23 °C): 105 MPa (15.200 psi)
• Resistencia a la flexión (23 °C): 152 MPa (22.000 psi)
• Alongamiento a rotura (23 °C): 60 %
• Resistencia al cizallamiento: 103 MPa (15.000 psi)
• Punto de fusión: 219 °C (426 °F)
• Inflamabilidad: V-0
• Rigidez dieléctrica en aire: 830 V/mil

Estas especificaciones mecánicas se aplican únicamente al ULTEM estándar; variarán para las diferentes variedades del producto, incluyendo ULTEM reforzado con fibra de vidrio al 10 %, 20 % y 30 %.

ULTEM y la industria aeroespacial

La industria aeroespacial es comprensiblemente estricta con los estándares mecánicos y las regulaciones de calidad que deben cumplir las piezas. Para garantizar el cumplimiento de los estándares de calificación y equivalencia establecidos por la Administración Federal de Aviación (FAA), las nuevas piezas deben someterse a procesos de prueba y aprobación largos, rigurosos y costosos.

Desafortunadamente, estos extensos procesos son incompatibles con la creciente demanda de aeronaves más nuevas, rápidas y baratas. Para satisfacer esta demanda, se espera que líderes de la industria como Boeing y Airbus aceleren los tiempos de producción manteniendo bajos los costes. Un número creciente de actores en la industria aeroespacial comercial están abordando estos desafíos con la ayuda de la fabricación aditiva, un proceso en el que pueden utilizar ULTEM.

ULTEM se encuentra entre las pocas resinas aprobadas para su uso en el sector aeroespacial comercial. Supera a los termoplásticos comparables en resistencia al fluencia (creep), la tendencia de los materiales a deformarse y degradarse bajo tensión mecánica repetida. También se comporta bien al entrar en contacto con diversos combustibles, refrigerantes y lubricantes. Su resistencia a la llama garantiza el cumplimiento de la regulación FAA 25.853 para inflamabilidad. De hecho, ULTEM ya ha demostrado un gran potencial como material viable para bloqueadores de fuego y cubiertas de asientos de avión.

Además, ULTEM puede ayudar a las empresas aeronáuticas a alcanzar sus objetivos de reducción de costes al reducir peso. Por ejemplo, LSG Sky Chefs y Norduyn colaboraron en una flota de carros de servicio ultraligeros que aprovechaban ULTEM. Un Boeing 747 completamente cargado con estos carros sería 748 kg (1.650 libras) más ligero que un avión cargado con carros estándar, una reducción de peso que podría generar unos 65.000 dólares en ahorro de combustible al año. Con ULTEM, los fabricantes de piezas de aeronaves no tienen que elegir entre un polímero resistente o ligero: obtienen lo mejor de ambos mundos.

¿Por qué ULTEM?

Para los fabricantes, imprimir un producto que sea resistente, estable, ligero, ignífugo y químicamente resistente, fácil de procesar y dotado de propiedades mecánicas versátiles puede parecer un objetivo ambicioso. ULTEM cumple todos los requisitos. Este polímero de alta fidelidad es una excelente opción para una gran variedad de aplicaciones, desde simples interruptores hasta complejas piezas de avión.

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