Tecnalia

Luis Palenzuela
Investigador

Cómo pueden los Composites generar innovación de alto impacto

Objetivo

Esta presentación pretende generar interés en el tejido industrial y en los Agentes Tecnológicos, respecto a las altas expectativas que hemos identificado en las nuevas Tecnologías de Composites, para dar respuesta, en el corto – medio plazo a necesidades sociales y a las oportunidades de generación de valor que las empresas demandan.

Entendemos por innovación de alto impacto, la que nítidamente puede transformase en mejora competitiva para quien la implanta y la difunde a lo largo de toda la cadena de valor. Son nuevas Tecnologías de Composite, las que generan una barrera tecnológica elevada, actuando sobre las metodologías de Diseño, los materiales, los procesos de fabricación y los campos de aplicación, para fabricar nuevos productos, productos con nuevas o mejores prestaciones o productos existentes mediante procesos más competitivos. Estas Tecnologías pueden ser totalmente nuevas, pero habitualmente son una hibridación de las ya existen o aplicadas en otros ámbitos.

El contexto
El driver “ALIGERAMIENTO” condicionará a medio plazo los procesos de fabricación en el Sector Transporte Terrestre y muy especialmente en el Sector Automoción. El “aligeramiento” está dejando de ser un requerimiento cosmético para transformarse en una prestación con valor asociado. La reducción de emisiones, las motorizaciones eléctricas y la personalización de vehículos para una nueva generación de conceptos de transporte urbano, obligarán a sustituir metal por materiales plásticos y composites. El ritmo al que se implantaran estos cambios, dependerá principalmente de los factores siguientes:

  • Tensión competitiva de los OEM y cadena de proveedores
  • Avances en el desarrollo de las tecnologías
  • Presión de las Administraciones (Legislación)

Los principales retos a los que debemos responder son:

  • Reducción de coste de las materias primas y semielaborados.
  • Reducción de coste de los procesos (equipamiento, utillajes, scrap y eficiencia energética).
  • Reducción de los tiempos de ciclos mediante automatización y simplificación de los procesos (One-step Process).
  • Adaptación de los procesos a geometrías más pequeñas y complejas que las del Sector Aeronáutico.
  • Sostenibilidad ambiental de la suma de fases del Ciclo de Vida
  • Escalabilidad de los procesos industriales

Orientación de las propuestas

Las tendencias y oportunidades detectadas, indican que la economía de los composites de fibra continua (carbono o termoplástica) para “Mass Production” se encuentra todavía en una fase inmadura sin tecnologías claras y con un importante potencial de mejora. Reducir el coste de la fibra de carbono es clave para extender su uso a nuevos campos de aplicación al tiempo que se potencian experiencias factibles de Economía Circular.

Las tecnologías de fabricación aditiva están desarrollándose en el ámbito de los materiales metálicos y poliméricos ya sea para la fabricación de piezas como para moldes y utillajes. La propia naturaleza de los procesos y materiales implicados genera limitaciones todavía no resueltas que están haciendo ralentizar su implantación a nivel industrial (principalmente en el ámbito de los componentes no metálicos).

Hasta ahora la investigación en fabricación aditiva (materiales, procesos y equipamiento) se han orientado al desarrollo de componente final, ya sea pieza o utillaje. No obstante, en los procesos de fabricación de composites alguno de los pre-procesos requeridos como el preformado de las fibras de refuerzo, condiciona en gran medida la complejidad geométrica de la pieza final, su tiempo de ciclo y su coste.

Se identifica una prometedora oportunidad de mejora competitiva en el desarrollo de tecnologías de Fabricación Aditiva de preformas de fibra continua, aplicables en el Sector Aeronáutico (siguiendo la tendencia OOA – Procesos Fuera de Autoclave) y Automoción (respondiendo a la demanda de aligeramiento mediante la sustitución de metal por materiales no metálicos estructurales). Igualmente se identifican oportunidades de aplicar la misma tecnología de fabricación de preformas de carbono a la fabricación de Thermoplastic Tailored OrganoSheets 2D o 3D para su posterior transformación mediante compresión en caliente.

Consideramos que la fabricación de utillajes se adapta muy bien a algunas de las prestaciones que ofrecen los procesos de fabricación aditiva. El reto tecnológico es adaptar las prestaciones de algunos procesos aditivos y específicamente el proceso FDM a las variables técnicas que intervienen en el moldeo de plásticos y composite mediante procesos reactivos vía líquida de termoplásticos y termoestables).

Existe un margen de trabajo en la Integración de la función eléctrica tanto en piezas como en moldes. Para ello se desarrollan diferentes estrategias para integrar pistas eléctricas en piezas de plástico (deposición de cable, deposición de precursores de grafitización, 3D Inkjet o aplicación de pastas o coatings conductores). Igualmente, de la mano de la fabricación aditiva es posible desarrollar nuevos productos y funciones basadas en conceptos multimaterial como actuadores smart soft basados en composites microestructurados, conceptos desplegables o polímeros electroactivos.

Las líneas de trabajo que posibilitan generar ya innovación de alto impacto, las podemos agrupar en: Sustitución de metal por composite, Tecnologías de Fabricación aditiva, Nuevos materiales de altas prestaciones, Sostenibilidad y Economía Circular. En la ponencia, el despliegue de cada una de ellas, aporta una esclarecedora visión del conjunto.

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