Compuesto vs Aluminio: Por Qué los Aviones Modernos Eligen Materiales Ligeros

Para reducir peso y mejorar eficiencia, la última generación de aviones de pasajeros, como el Boeing 787 y Airbus A350, están usando más materiales compuestos que aluminio. El aluminio es más fácil de trabajar, sin embargo, y significativamente más barato, por lo que seguirá siendo un material aeroespacial importante en el futuro previsible, especialmente en aplicaciones menos críticas en peso y resistencia a la fatiga.

Dos áreas en particular que seguirán usando aluminio por mucho tiempo son carcasas de aviónica y componentes interiores. Estas suelen fundirse, seguido de mecanizado limitado de superficies de montaje y agujeros. Aquí un vistazo más cercano a los procesos de fundición y sus ventajas.

Materiales para Reducción de Masa

La masa es el tema principal en diseño y fabricación aeroespacial. Cuanto más ligera la estructura, más pequeños los motores, mayor la eficiencia, y mayor la carga útil. La masa se minimiza seleccionando materiales con altas relaciones resistencia-peso, también conocidas como resistencia específica o resistencia por libra.

El plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) es tanto fuerte como ligero, y su uso en estructuras de aviones está aumentando. Sin embargo, también es costoso de producir y usar, dejando la puerta abierta para otros materiales como el aluminio.

El titanio es otro material con alta resistencia específica. De nuevo, es caro y difícil de fundir y mecanizar.

El magnesio y el aluminio tienen relaciones resistencia-peso similares, pero el aluminio es más resistente a la corrosión y no presenta los riesgos de incendio del magnesio. Se produce en una amplia gama de aleaciones, clasificadas en siete series. La serie 7xxx a menudo se llama aluminio aeroespacial, aunque otras aleaciones también se usan, según necesidades específicas de aplicación.

Una característica beneficiosa adicional del aluminio es que puede anodizarse. Este es un método para aumentar los niveles de oxidación superficial para aumentar dureza e impartir una apariencia atractiva, sin añadir un recubrimiento.

Métodos de Fundición para Componentes Aeroespaciales de Aluminio

Minimizar la masa requiere un proceso de fundición capaz de producir secciones delgadas y detalle fino. Esto excluye la fundición en arena de consideración, dejando:

• Fundición por inversión
• Moldeo en carcasa (shell molding)
• Fundición en molde permanente

Aquí un vistazo a las características relevantes de cada una

Fundición por inversión

Un proceso de molde expendable donde un molde cerámico "carcasa" se forma sobre un patrón de cera. La fundición por inversión es para piezas de hasta 30 lbs y puede producir formas complejas con paredes delgadas y características reentrantes manteniendo tolerancias ajustadas y formando superficies lisas. La complejidad del proceso significa que destaca cuando es importante minimizar tanto el mecanizado como la masa.

Moldeo en carcasa (Shell molding)

En este proceso un patrón se recubre con una carcasa externa de arena-resina. El molde se hace usualmente en dos mitades que se unen para formar la cavidad del molde. Una vez que el metal se ha solidificado, el molde se rompe. El moldeo en carcasa puede producir piezas más grandes que la fundición por inversión, pero está limitado en términos de nivel de detalle y complejidad. El acabado superficial no es tan bueno como el de la fundición por inversión.

Fundición en molde permanente

Este usa matrices metálicas para formar las piezas, con el metal líquido fluyendo por gravedad. Ciclos cortos son posibles, y el enfriamiento rápido aumenta la resistencia de la pieza, pero el utillaje es costoso. Juntos, estos hacen de la fundición en molde permanente un proceso de alto volumen. Además, no es capaz del detalle fino que la fundición por inversión puede lograr.

Fundición en Aluminio para Aeroespacial

El aluminio proporciona el equilibrio óptimo de masa, complejidad de pieza y coste para carcasas de aviónica y componentes interiores como soportes y mobiliario de asientos. Grados como la serie 7xxx ofrecen alta resistencia, junto con buena mecanizabilidad y resistencia a la corrosión.

Estas piezas, y otras como cuerpos de bombas hidráulicas, se producen fácilmente por fundición, lo que apoya objetivos de reducción de peso mientras minimiza el mecanizado. La fundición por inversión logra la mayor precisión y complejidad, pero el moldeo en carcasa y fundición en molde permanente son alternativas, dependiendo de la geometría de la pieza y cantidades requeridas.

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