En JEC World Composite se exhibió una arco de techo para automóvil realizado con esta tecnología

Nuevo proceso de unión por láser que fusiona plástico y metal en aplicaciones de automoción

Redacción Interempresas27/04/2018

En la feria JEC World Composite el Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF, de Darmstadt, y el Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, de Aquisgrán, exhibieron un componente híbrido de automoción para producción en serie optimizado como resultado de una iniciativa coordinada. 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, que los investigadores presentaron por primera vez en un stand conjunto organizado por el Aachen Center for Integrative Lightweight Production AZL.

Arco de techo fabricado en varios materiales expuesta en la feria JEC World Composite. Foto: Fraunhofer ILT, Aquisgrán, Alemania.

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 producción 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 microestructuras 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’. Durante el proceso de moldeado por compresión, el polímero fundido 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, responsable 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 aproximadamente 50 MPa. Con el propósito de producir esta pieza con mayor eficiencia en costes, se utilizó una matriz en material termoplástico 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 aproximadamente 75 segundos.

Reducción del tiempo del ciclo en un 70%

“Estamos muy satisfechos del resultado”, afirma la coordinadora 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 procesos convencionales, proporciona una reducción del 45% en costes de materias primas y permite la integración de varios pasos del proceso en un proceso extremadamente automatizado”.

Proyecto HyBriLight

El proyecto HyBriLight, patrocinado por el BMBF, está dirigido a poner a punto herramientas fotónicas para ingeniería de materiales ligeros. En concreto, se trata de una “cadena de proceso adaptada al material para construcción ligera, híbrida y económica con sistemas láser de alto rendimiento”, que anuncia la transición hacia procesos de producción en serie. Participantes en el proyecto: Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, Aquisgrán (coordinador del proyecto); Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF, Darmstadt; Weber Fibertech GmbH, Markdorf; Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbH, Lichtenfels; Scanlab GmbH, Puchheim; Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft, Munich; Airbus Group Innovations, Munich; Dilas GmbH, Mainz; Held Systems GmbH, Heusenstramm.