Proceso termoplástico integrado que reduce los costos unitarios en la construcción ligera con materiales compuestos

Con su amplia experiencia en el moldeo por inyección y su elevada cualificación en automatización, ENGEL desarrolla conceptos de fabricación especialmente rentables para producir componentes de materiales compuestos en grandes cantidades. En la feria JEC World 2023, que se celebrará entre el 25 y el 27 de abril en Paris (Francia), el fabricante de máquinas con planta matriz en Austria demostrará cómo, en la industria automotriz y aeroespacial, se pueden combinar la rentabilidad y la alta productividad con la sostenibilidad.

El proceso organomelt de ENGEL en un solo paso de trabajo consiste en el conformado y acondicionamiento de preformas de compuestos de fibra termoplástica, por ejemplo, las láminas termoplásticas y las cintas unidireccionales. Las costillas reforzadas o los elementos de montaje se inyectan inmediatamente después del conformado en el mismo molde con un termoplástico del grupo de materiales de la matriz de la lámina termoplástica. Gracias a ello, no solo se consigue un proceso de producción muy eficiente y completamente automatizado, sino que se contribuye también a la economía circular. El proceso termoplástico monomaterial simplifica el posterior reciclaje de los componentes.

En su stand de la feria de París, ENGEL demostrará en vivo el gran potencial de la tecnología de construcción ligera organomelt con una máquina en exhibición. Una máquina de moldeo por inyección ENGEL victory 660/160 y un robot articulado ENGEL easix se utilizan para automatizar la producción de solapas de inspección para el fuselaje de aviones de pasajeros. La celda de producción comprende además un horno de infrarrojos, también de desarrollo y producción propios de ENGEL.

Para presentar la amplia gama de aplicaciones tanto en la Industria Aeroespacial como la Automotriz, durante los tres días de feria se trabajará alternativamente con dos sistemas de materiales diferentes. Por un lado, se inyectarán con PEEK láminas termoplásticas con matriz PEEK, por el otro, se procesarán láminas termoplásticas basadas en PPA en combinación con PPA.

Las láminas termoplásticas se calientan en el horno de infrarrojos y el robot las coloca en el molde, donde se conforman y se sobremoldean inmediatamente. Se moldearán costillas reforzadas y un clip de montaje.

El calentamiento de la lámina termoplástica es un paso del proceso que determina el tiempo ciclo y resulta clave para la calidad. El tiempo de calentamiento y refrigeración dependen del grosor de la preforma. Hay dos aspectos que son fundamentales: calentar las preformas rápidamente y sin dañarlas, y que la distancia de transporte de la lámina termoplástica calentada hasta el molde donde reciben la forma sea corta para que no se vuelva a enfriar por el camino y pierda la forma. Aquí es donde el diseño sin barras de la máquina victory demuestra su potencial. El acceso sin barreras a la zona del molde permite situar el horno de infrarrojos muy cerca del molde. Además, el robot puede llegar al molde siguiendo el trayecto más corto sin tener que sortear contornos de interferencia. Esto acelera el tratamiento en caliente y garantiza la constancia del proceso y una alta calidad del componente.

En las soluciones llave en mano integradas de ENGEL, se integran robots y hornos de infrarrojos dentro del control CC300 de la máquina de moldeo por inyección. Gracias a ello, todo el proceso se puede controlar de forma centralizada con la pantalla de la máquina. Otra ventaja es que la máquina de moldeo por inyección, el robot y el horno de infrarrojos utilizan una base de datos común y, por tanto, sus procesos están coordinados, lo que, en muchas aplicaciones, consigue reducir el tiempo de ciclo.

Desarrollado para la producción eficiente a gran escala, el proceso organomelt de ENGEL se ha consolidado rápidamente en la industria automotriz, pero también está despertando un gran interés en otros sectores. "Cada vez recibimos más consultas por parte de la industria aeroespacial", informa Christian Wolfsberger, Business Development Manager Composite Technologies de ENGEL. "En la industria aeroespacial, los materiales termoestables se están sustituyendo progresivamente por los termoplásticos. Los motivos principales son la presión de los costos y los objetivos de sostenibilidad. El uso de materiales termoplásticos permite alcanzar un alto grado de integración de los procesos para poder acondicionar los componentes de manera muy sencilla, lo que reduce el tiempo necesario, el consumo de materias primas y la demanda de energía.

El proceso organomelt de ENGEL necesita una única celda de producción en puntos donde normalmente se requieren diferentes sistemas de materiales y varios pasos de producción independientes. Las solapas de inspección para el fuselaje de aviones son el mejor ejemplo. Hasta ahora, se fabricaban como un componente termoestable tipo sándwich con piezas fresadas de aluminio atornilladas.

Además de una alta eficiencia de costos, la reducción de las emisiones de carbono es uno de los claros objetivos de la industria aeroespacial. Los aviones emiten la mayor parte del CO₂ durante el vuelo. El efecto multiplicador de las tecnologías innovadoras de construcción ligera es elevado, sobre todo si —como pasa con el proceso organomelt de ENGEL, que produce componentes puramente termoplásticos— también contribuyen a cerrar el ciclo de materiales al final de la vida útil del componente.

ENGEL ve un enorme potencial en el uso del proceso organomelt para la construcción aeroespacial. Cada vez se requieren cantidades más grandes tanto de los elementos estructurales como de los componentes de la cabina de pasajeros. Además, se abren nuevas posibilidades en todo el mundo en los ámbitos de la Urban Air Mobility —entre otros con los taxis aéreos— o la logística, donde cada vez se utilizan más drones de transporte.

ENGEL presenta, junto con su cliente FACC (Ried im Innkreis, Austria), la producción de solapas de inspección en la JEC World 2023. Otros colaboradores del proyecto son Ensinger (Nufringen, Alemania), Victrex (Lancashire, Reino Unido) y Kuraray (Hattersheim am Main, Alemania) con las materias primas, y Neue Materialien Fürth (Alemania) con el diseño y la simulación de los componentes.

En el stand de feria de ENGEL, otra empresa asociada cuenta con su propio Expert Corner. Voidsy, con sede en Wels (Austria), presentará un sistema ultracompacto para la comprobación sin contacto y no destructiva de materiales y componentes mediante termografía activa.

Otro de los Experts Corners está dedicado a las aplicaciones automovilísticas de organomelt de ENGEL. Entre otras cosas, se presentará el portamódulos Frontend de Lucid Motors, galardonado con el SPE Award. El componente lo producirá en serie ElringKlinger —con planta matriz en Dettingen an der Erms (Alemania)— aplicando un proceso organomelt de ENGEL. En función del tipo de vehículo, el portamódulos Frontend sirve de soporte para el refrigerador de aire de carga, los módulos de faros, el depósito de agua de limpiaparabrisas, la bocina de señalización, el módulo de radar de distancia o la toma de aire. Además, se utiliza para sostener el capó con los cierres del capó integrados.

A pesar de contar con un total de 37 piezas de inserción, ElringKlinger ha conseguido reducir al mínimo el número de pasos de pre y postprocesamiento, así como los costos. La extrema integración funcional en el proceso de moldeo por inyección reduce el trabajo de montaje y, por tanto, los costos de procesamiento. El portamódulos Frontend se utiliza en el primer modelo de vehículo eléctrico "Air" del fabricante de automóviles estadounidense Lucid Motors.

ENGEL en la JEC World 2023: pabellón 5, stand N79