30 Nuevo proceso de unión por láser que fusiona plástico y metal en aplicaciones de automoción El Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF, de Darmstadt, y el Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, de Aquisgrán, exhibieron en la feria JEC World Composite un componente híbrido de automoción para producción en serie optimizado. En colaboración con socios industriales, estos institutos Fraunhofer han desarrollado —como pieza de exposición— un arco de techo para un automóvil formado por varios materiales. AUTOMOCIÓN En el contexto del proyecto HyBriLight, patrocinado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania, se ha desarrollado un componente híbrido resultante de la puesta en práctica con éxito de nuevos procesos láser innovadores en pro- ducción ligera. El componente híbrido consiste en un arco de techo, basado en un componente original de un automóvil BMW Serie 7. Consta de un montante de plástico reforzado con fibra y unido a dos placas de conexión de metal. Estas placas fijan a su vez la pieza al chasis. Como alternativa a los adhesivos y remaches empleados hasta ahora, el Fraunhofer ILT ha desarrollado un nuevo proceso de unión por láser que fusiona plástico y metal mediante bloqueo positivo y adhesión. El láser de pulsos utrarrápidos proporciona a la superficie de metal una estructura especial Un láser de pulsos utrarrápidos genera en primer lugar microestruc- turas y nanoestructuras con textura esponjosa sobre la superficie de metal de la unión. A continuación, el montante de plástico reforzado con fibra se moldea por compresión y se une a las placas de metal, en un mismo paso del proceso. Para ello, las placas de conexión se deben colocar en un molde especial con tecnología ‘Variothermal’. Arco de techo fabricado en varios materiales expuesta en la feria JEC World Composite. Foto: Fraunhofer ILT, Aquisgrán, Alemania. Durante el proceso de moldeado por compresión, el polímero fun- dido rellena las estructuras de metal. Una vez solidificado, el plástico y el metal forman una unión resistente y duradera. Un refuerzo con cinta localizado aumenta la rigidez del componente. Por último, el componente se recorta con varias pasadas de un láser de fibra. El Fraunhofer LBF ha optimizado el diseño de su conexión híbrida especial. “Empleamos muestras de material para analizar las cargas estáticas y cíclicas que soporta”, afirma Dominik Spancken, respon- sable del equipo de Plásticos Experimentales de Alta Durabilidad del Fraunhofer LBF. “A partir de los resultados, podemos estimar la vida útil del componente y validarlo mediante ensayos experimentales”. Diseño optimizado para una alta resistencia a la tracción y al cizallamiento El trabajo en equipo de estos dos Institutos Fraunhofer y sus socios industriales ha permitido crear, mediante un proceso validado, un componente híbrido con una resistencia al cizallamiento de apro- ximadamente 50 MPa. Con el propósito de producir esta pieza con mayor eficiencia en costes, se utilizó una matriz en material termo- plástico PA6 reforzado con fibra de vidrio, en lugar del montante de Duroplast reforzado con fibra de carbono. Para mantener la rigidez y estabilidad de la pieza original, se reforzaron localmente varias zonas del arco de techo con cinta de fibra de carbono unidireccional. El tiempo de ciclo para fabricar un componente es de aproximada- mente 75 segundos. Reducción del tiempo del ciclo en un 70% “Estamos muy satisfechos del resultado”, afirma la coordina- dora del proyecto Kira van der Straeten, científica del Grupo de Procesamiento de Plásticos del Fraunhofer ILT. “Esta innovación reduce en un 70% los tiempos de proceso en comparación con pro- cesos convencionales, proporciona una reducción del 45% en costes de materias primas y permite la integración de varios pasos del pro- ceso en un proceso extremadamente automatizado”.•