Clase 2 - Procesos de fabricacion

Transcripción

Estructuras de
Materiales Compuestos
Procesos de fabricación
Ing. Gastón Bonet
-
Ing. Cristian Bottero
-
Ing. Marco Fontana
Estructuras de Materiales Compuestos - Procesos de Fabricación
Wet lay-up
•
•
•
•
•
Piezas de baja performance
Baja fracción volumétrica de fibra
Método más utilizado en piezas de baja responsabilidad
Bajo costo
Altas emisiones tóxicas (estireno – poliéster)
Curso 2012 – Facultad de Ingeniería - UNLP
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Spray-up
•
•
•
•
•
Cost-effective
Propiedades mecánicas muy bajas
Compactación manual
Costo relativamente bajo
Altas emisiones tóxicas (estireno – poliéster)
3
Autoclave
4
Autoclave
• Recipiente a presión calefaccionado (gas, eléctrico, vapor, etc).
• Sistema de convección forzada
• Sistema de control del proceso incorporado
• Altamente versátil
• Limitación: tamaño –> compromiso costo de operación
• Capacidad de curar una pieza grande o múltiples pequeñas en
racks
• Influencia del diseño del herramental
• Generalmente fabricado a medida
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Ciclos de curado
Resina epoxi 350°F
6
Ciclos de curado
Resina epoxi 350°F
Presión: provee compactación y evita la formación de porosidad.
7
Ciclos de curado
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Tooling
• En producción, las piezas son a lo sumo, tan buenas como el
molde
• Alto costo no recurrente
• Complejos
• Basado en la experiencia - knowhow
• Requisitos posibles a la hora de seleccionar el material:
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Tooling: métodos más utilizados
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Autoclave
Mandril rígido (colapsable)
Mandril perdido
Mandril inflable
Recipiente a presión
Molde de silicona
Formado por presión/ diafragma
Herramental auto-calefaccionado
Elastoméricos
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Tooling
11
Tooling
12
Tooling
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Vacuum bag wet lay-up
•
•
•
•
Remueve aire de la pieza
Mantiene la preforma o las telas en su lugar
Permite la remoción del exceso de resina
Provee cierta compactación de la pieza para el
curado. (5-10% porosidad sin autoclave, 1-2%
con autoclave)
• Alto desperdicio de material auxiliar:
o
Nylon de bolsa de vacio
o
Cinta sellado
o
Breather/bleeder
o
Film perforado
o
Desmoldante
o
Peel-ply
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Release film – Agente desmoldante
• Previene la adherencia de la pieza al molde
• También se suele utilizar para prevenir la adherencia entre
otros elementos dentro de la bolsa de vacío
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Peel Ply – lámina de desprendimiento
• Material poroso que frena el flujo de resina.
• Permite determinar una rugosidad superficial, adecuada
para uniones pegadas.
• Generalmente no se remueve hasta el momento del pegado
para evitar contaminación de la superficie.
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Vacuum bag – bolsa de vacío
• Generalmente nylon del orden de 50 micrones.
• Puede ser elástica para una mejor terminación superficial
(evitar pliegues)
• Se venden de acuerdo a la temperatura de servicio.
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Perforated release film – film perforado
• Evita la adherencia de del bleeder/breather a la pieza,
permitiendo la salida de resina excedente.
• Existen diferentes configuraciones de agujeros, con
diferentes diámetros y separaciones entre agujeros.
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Breather/Bleeder – material de respiración/sangrado
• Permite la dispersión del vacío (evita estrangulamiento de
la bolsa)
• Absorbe el exceso de resina que atraviesa el film perforado
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Cortado de telas
El cortado de las telas se puede realizar manualmente en
pequeños lotes o prototipos. Generalmente se utilizan moldes
de chapa.
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Automatic ply cutters
Cuando se trata de producción, métodos más
automatizados y eficientes se utilizan para el cortado:
•
•
•
•
Ultrasónicos
Mecánicos
Laser
Water jet
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Nesting optimization
Una de las ventajas de la automatización fue la
incorporación de optimizadores automáticos de corte
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Labeling and alignment
En laminados que contienen cientos de láminas, resulta
necesario distinguir las láminas y conocer su orientación
precisa en el molde.
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Agrupado y conformado
25
Resin transfer molding - RTM
Se coloca la preforma en un molde rígido cerrado y se
inyecta resina a baja presión (≈100psi).
•
•
•
•
•
La pieza posee excelente terminación (de molde) en todas su caras.
No hay desperdicio de material auxiliar
Insertos, cuadernas, costillas pueden ser incorporadas a través del
molde
Proceso muy complejo
Moldes costosos
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27
• Proceso realizado a ciegas
• Minimiza operaciones de
recorte
• Geometrías complejas
• Evita la necesidad de
conservación refrigerada
como los preimpregnados
• Alta complejidad de
preformas
• Apto para producción media
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Vacuum assisted resin transfer molding - VARTM
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Vacuum assisted resin transfer molding - VARTM
• Molde abierto, armado seco
• Impregnación forzada por el
vacío
• Requiere resinas de baja
viscosidad
• Excelente terminación del
lado molde, Matriz económica
• Buena fracción volumétrica
•
Utilización de tramados
especiales para mejorar
permeabilidad y acelerar
impregnación.
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VARTM
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Resin film infusion
Las telas se colocan secas intercaladas con láminas de resina
semi-sólida. Se aplica una bolsa de vacío y se coloca en un horno o
autoclave. El calor facilita la fluidez de la resina y el impregnado y
luego se realiza el curado bajo la compactación de la bolsa.
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Automated tape laying - ATL
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Automated tape laying - ATL
•
Cinta de 3,6 o 12 pulgadas de ancho
•
Superficies planas o con escasa curvatura
•
Cabezales complejos con hasta 10 ejes
•
Alto control de gaps y overlaps
•
Corte de cinta incorporado en el cabezal
•
Se utilizan rollos de tela preimpregnada
•
Alto costo – Baja disponibilidad
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Automated fiber placement - AFP
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• Aplicaciones de mayor curvatura
• La cinta se compone de decenas de cintas angostas permitiendo
copiar curvaturas mayores
• El cabezal aplica una presión significativa durante el laminado
• Las cintas se cortan individualmente
• Extremadamente costoso,
baja disponibilidad
• Mínimo desperdicio
de material
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Filament winding
•
•
•
•
•
Bobinado de cintas bajo una cierta tensión sobre un mandril.
El mandril rota, mientras que el carro se desplaza horizontalmente
El proceso suele estar controlado bajo control numérico
Los cabezales pueden tener varios ejes de control.
El proceso suele tener un etapa de impregnado justo antes de
colocar las fibras.
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Filament winding
•
•
•
•
•
Alta repetibilidad
Automatización
Flexibilidad en el tamaño
Sólo contornos convexos
Curado generalmente en
hornos, la compactación la
proveen la expansión del
mandril y la tensión de la fibra.
• Mandril puede ser colapsable,
perdido, cónico, etc.
• Dificultad de lograr fibras
longitudinales.
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Filament winding
Operaciones
• Polar
• Helicoide
• Hoop
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Braiding
• Un mandril sale del centro de la
máquina a una velocidad
constante mientras carreteles
móviles se entrecruzan para
formar una trenzado que lo
envuelve
• Las preformas poseen excelente
conformabilidad, rigidez
torsional y resistencia al daño.
• Las fracciones volumétricas que
se pueden lograr son menores
que en filament winding
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Braiding
 Para lograr el entrecruzamiento, los
carreteles deben viajar en caminos
cruzados a medida que recorren el
perímetro de la máquina.
 Pueden contener desde 3 carreteles
hasta 800.
 Se puede lograr espesores mayores
pasando sucesivamente por encima de
la preforma.
 No se pueden colocar las fibras a 90°,
salvo que la maquina tenga
incorporada operaciones de filament
winding.
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Braiding
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Braiding
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Braiding
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Braiding
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Pultrusión
Fibras continuas se impregnan y consolidan de manera
continua en una matriz.
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Pultrusión
• Primero se pasan las fibras impregnadas por una matriz
de preforma que los alinea.
• Luego pasan por una matriz calefaccionada de sección
constante donde el material se cura.
• La pieza ya rígida es traccionada por unos rodillos que
mantienen el movimiento en el proceso continuo.
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Clase 2 - Procesos de fabricacion

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