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Quiénes Somos
Más de 10 años de experiencia en ingeniería, aplicando sinergia de varias áreas de la técnica junto con nuevas tecnologías para garantizar el éxito de nuestros clientes.
Información General
Este proyecto tiene por objetivo la sustitución de piezas de metálicas, tradicionalmente en acero y aluminio, por materiales plásticos por medio de la fabricación aditiva FDM (modelado por deposición fundida). En muchas aplicaciones donde las cargas no son totalmente determinantes, los materiales poliméricos pueden cumplir con los requerimientos de diseño de muchas piezas. Si bien no tienen límites elásticos y módulos de Young tan altos como los materiales metálicos, pueden ser una opción eficaz para bajar peso en componentes mecánicos, ya que la densidad de los plásticos es menor que la de los materiales metálicos, por lo que es una opción a estudiar para varias industrias, en especial la aeronáutica.
Se estudiarán piezas en aluminio 5083 ante esfuerzos de tracción de 2000kg, y cómo la geometría debe modificarse para que puedan ser fabricadas por métodos aditivos de impresión 3D empleado materiales poliméricos técnicos.
Desafíos & Soluciones
Dado que las propiedades de los polímeros son más bajas que la de los metales, se requiere más superficie de apoyo para transmitir la misma carga, y alcanzar una presión más baja, así como un mejor reparto de la carga en los anclajes que nos proporcione estabilidad a la geometría. El proceso de fabricación FDM produce elementos que no son isótropos por lo que será crucial orientar la deposición de las capas de la pieza en la mejor dirección para que soporte el esfuerzo principal con garantías.
La elección del material es esencial para cumplir con los requerimientos de cargas. Si consideramos los materiales poliméricos que mejor se comportan antes las cargas, nos encontramos con las poliamidas o nylon, que, unidos al refuerzo por fibras de vidrio, carbono o aramida incrementan su límite elástico y su modulo de Young notablemente acercándose a los de los materiales metálicos.
Aluminio 5083
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Límite de tracción: 345 MPa
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Límite elástico: 215 MPa
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Módulo de tracción: 7000 MPa
Nylon (PA6.6 + 35%GF)
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Límite de tracción: 134 MPa
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Límite elástico: 87 MPa
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Módulo de tracción: 8164 MPa
La simulación CAE de piezas predice un comportamiento elástico lineal del material antes de llegar al límite de fluencia que se ajusta muy bien a los materiales metálicos, pero el comportamiento de los polímeros no es tan lineal por lo que se suele aceptar su límite de fluencia como el que proporciona una deformación del 0,2%. Es por esto por lo que las simulaciones de polímeros son menos exactas que las metálicas y por lo que se hace necesario un ensayo de la pieza para disipar dudas.
• El proceso de fabricación aditivo FDM deposita capas de material para construir una geometría determinada. Se puede considerar que el material en una misma capa tiene las mismas propiedades que el filamento de la materia prima. Sin embargo, el comportamiento del material entre capas muestra valores por debajo de los marcados por el material original. Esto es inherente al propio proceso de fabricación FDM. Así, durante el proceso de fabricación, se hace necesario orientar la pieza en el espacio de manera que todas las capas trabajen de manera homogénea y conjunta contra el esfuerzo principal.
El ensayo de tracción garantiza que la pieza diseñada cumple con las cargas de diseño. La carga es aplicada a través de un cilindro hidráulico controlando la presión a través de un manómetro por medio de la válvula de seguridad. Se pueden medir las deformaciones por medio de un reloj comparador digital. La bancada de ensayo consta de 3 sistemas principales: la estructura que define la bancada del ensayo, el sistema hidráulico que aplica la carga a la pieza a ensayar y el sistema eléctrico que gobierna el ensayo. Todos los sistemas han sido diseñados por Atreydes.
Nuestro Proceso
Es necesaria la caracterización del comportamiento de la pieza original para tener un punto de partida desde donde poder empezar la optimización y modificación de la pieza con el cambio de material. Las simulaciones CAE junto con las restricciones del software de fabricación definen la geometría de la pieza modificada para el nuevo material polimérico. La nueva pieza debe pasar un ensayo de tracción para asegurar que los requerimientos de diseño y las simulaciones realizadas has sido lo suficientemente exactos para validar la pieza finalmente.
01
Análisis CAE de la pieza original metálica como punto de partida
02
Elección del material polimérico
03
Análisis CAE junto con software de fabricación para la optimización
04
Ensayo de tracción
