La globalización, el cambio climático, la transición hacia energías renovables y la alta demanda que existe en todos los sectores por tener aplicaciones de menor peso, manteniendo o mejorando propiedades mecánicas, son punto de partida para pronosticar el desarrollo de un mercado promisorio para los materiales compuestos.
Todo lo anterior se resume en una frase formulada por un ejecutivo senior de la industria automotriz en Alemania: “Al final, el único parámetro técnico que importa es el costo”, una conclusión importante para esta industria ya que si hablamos de la fabricación de una aeronave, cualquier beneficio va a traducirse en tiempos menores de operación de servicio y reducción de costos en mantenimiento [1].
Según la firma de investigación de mercado Lucintel, el mercado mundial de productos de materiales compuestos tiene pronosticado alcanzar los USD$113,2 billones para 2022 [2]. En este artículo estudiamos las tendencias que marcarán el desarrollo del mercado en los próximos años.
Modelamiento y simulación
El avance en investigaciones en la ciencia e ingeniería de los materiales compuestos ha permitido establecer combinaciones casi infinitas de fibras, resinas, técnicas de procesamiento y orientación de fibras.
Hacer pruebas físicas para encontrar la mezcla óptima puede generar costos irrealizables; por todo ello cobran cada vez más validez las herramientas computacionales, que permiten el análisis de la microestructura de un material inducida por un proceso de transformación, permitiendo obtener información de manera virtual y validar materiales compuestos de acuerdo a su aplicación específica.
Procesos automatizados y consolidación de piezas pequeñas
La industria aeroespacial ha estado focalizada en maquinaria de gran tamaño de colocación de cinta y fibras para el fuselaje de la aeronave; sin embargo, todas las piezas tienen gran cantidad de clips, soportes, remaches, marcos, largueros y otros componentes pequeños.
Este tipo de soluciones es escalable no sólo al sector aeronáutico, sino también a la industria automotriz, ya que proporciona tiempos más cortos de prensado/moldeo/curado, obteniendo una reducción notable en el tiempo de ciclo de producto terminado y los costos.
Moldeo híbrido
El refuerzo selectivo, usando insertos de fibra continua en estructuras discontinuas, no es un proceso moderno; ha estado presente en diferentes aplicaciones durante al menos los últimos 15 años. En este método se aplican pequeños parches de manera local, reforzando la zona de interés.
Sin embargo, en industrias de precisión es importante ver cómo porciones continuas forman gran parte de la superficie, combinando peso ligero y estructura híbrida resistente, pues al tener un proceso discontinuo se pierde resistencia y se requieren procesos subsecuentes.
Proveedores de termoplásticos desarrollan know-how
Engel, desde la creación de su propio centro de composites en 2012, se ha convertido en pionero en el procesamiento reactivo cuando se trata del uso de materiales con matriz termoplástica. Para ello, desarrolló una celda de manufactura que combina la polimerización in-situ de ɛ-Caprolactam (T-RTM), con funcionalidad subsecuente de estructura portadora en el molde de inyección montado en la máquina Engel v-duo [5].
Reciclaje
El reciclaje de los compuestos es un asunto ampliamente tratado, gracias a su creciente uso a través del tiempo. Para estos materiales hay también tratamiento y disposición de los residuos generados en el procesamiento de un componente, al final de su vida útil.
La fibra de vidrio brinda buenas propiedades mecánicas y químicas. No obstante, en compuestos FRP con resinas termoestables no hay biodegradación. Para este tipo de fibra se han planteado el molido, incineración y pirólisis como medio de eliminación, aunque la práctica más aceptada es reciclar estas fibras para cargar componentes nuevos y brindar mejores propiedades en operación.
El futuro del reciclaje de materiales compuestos lo marcarán las regulaciones que deben estar alineadas con los centros de desarrollo e investigación para garantizar un fin de vida sostenible del material.
El Internet de las Cosas (IoT)
La sensórica integrada se une a la simulación de modelos físicos que validan en instancias tempranas la calidad de la pieza, a través de predicciones antes del fallo y haciendo ajustes sobre la marcha. Para aplicaciones de materiales compuestos se tienen equipos ópticos que verifican el conteo de capas y la orientación de fibras.
Las cámaras infrarrojas capturan datos exotérmicos y de infusión en procesos de moldeo por transferencia de resina (RTM), con asistencia de bombas de vacío que permiten verificar de manera precisa el flujo y la reacción cinética de curado. Por otro lado, el etiquetado electrónico de los prepregs determina qué tan longeva va a ser la vida útil de uso y clasifica su historia para las actividades de reciclaje.
