Nuevos materiales para hacer despegar nuevas ideas

Una consecuencia de la tendencia a la producción de aviones más ligeros es el incremento de la demanda de materiales ligeros (sobre todo, aleaciones de aluminio y titanio) con nuevas tecnologías de compuestos y metales que amplían el abanico de posibilidades para los diseñadores de piezas aeronáuticas. ¿De qué modo puede este sector aprovechar lo mejor de estos materiales para crear componentes más ligeros? Y, por otra parte, ¿qué procesos de fabricación se adaptan mejor al diseño de piezas aeronáuticas?

La tecnología que ha revolucionado muchos sectores industriales y que está teniendo un importante impacto en el sector aeronáutico es la impresión 3D. Lo que antes era imposible de fabricar ahora se crea en cuestión de horas. No obstante, aunque parezca que la impresión 3D ofrece una libertad de diseño infinita, es necesario entender cuáles son sus posibilidades y a qué se adapta mejor. El sinterizado directo de metal por láser (DMLS) es un proceso industrial de impresión 3D que crea prototipos y piezas finales de metal totalmente funcionales. El DMLS es adecuado para diferentes aleaciones y puede crear prototipos del mismo material que los componentes finales. Además, dado que los componentes se construyen capa a capa, es posible diseñar geometrías orgánicas, formas internas y conductos complejos imposibles de fundir o mecanizar de otro modo.

El mecanizado CNC es casi tan rápido como la impresión 3D y ofrece una selección más amplia de materiales adecuados, incluidos plásticos y metales aptos para ingeniería. En algunos casos, este proceso puede crear piezas con una mayor funcionalidad y un aspecto de calidad superior. Otra ventaja es que las piezas realizadas con mecanizado CNC son difíciles de distinguir de las piezas moldeadas, por lo que el proceso suele ser ideal para prototipos de alta calidad, que se pueden utilizar como plantillas de guías, accesorios y proyectos excepcionales.

Una aleación de aluminio muy adecuada para crear piezas aeroespaciales con impresión 3D es el AlSi10Mg. Por sus buenas propiedades de fundición, se usa para fundir piezas con paredes finas y geometrías complejas. La combinación de silicio y magnesio de esta aleación produce una resistencia y rigidez importantes, así como buenas propiedades dinámicas, por lo que resulta ideal para piezas sometidas a cargas elevadas. Se puede mecanizar, electroerosionar y mecanizar con descarga eléctrica, siendo apto además para soldadura, microgranallado, pulido y revestimiento. Como alternativa, para el mecanizado CNC una de las aleaciones de aluminio óptimas es el aluminio 2024 (QQ-A-250/4 T351), una aleación de aluminio de resistencia media a alta para usos aeronáuticos, que ofrece rigidez, buen comportamiento frente a la fatiga y una buena resistencia para aplicaciones como las piezas estructurales del fuselaje. En el caso del titanio, algunas de las características que lo hacen ideal para usos aeronáuticos complican también su mecanizado. Su dureza y baja conductividad del calor reducen las velocidades y la vida de las herramientas, requieren una gran cantidad de refrigeración líquida durante el mecanizado y limitan la productividad de algunas formas, como las paredes finas. Así pues, en múltiples aspectos, es más adecuado para la impresión 3D, donde se aprovechan las propiedades beneficiosas del metal sin incurrir en desgaste de herramientas o costes de refrigerante. Además, con DMLS se puede crear prácticamente cualquier geometría, incluidas las paredes finas.

La elección de un proceso de fabricación no es sencilla. Son muchos los factores que influyen al decidir si es mejor la impresión 3D o el mecanizado CNC para la producción de piezas y prototipos ligeros. Ambos procesos son adecuados para las aleaciones de aluminio y de titanio, y la decisión suele depender de criterios estándar como el tiempo y la geometría de la pieza. Normalmente, la impresión 3D ofrece producciones más rápidas, pero la pieza resultante podría necesitar un acabado extra. Para acabados más sencillos, el mecanizado CNC puede ser más adecuado, pero con excepciones, como los mayores costes asociados a la necesidad de una mayor complejidad y precisión, ya que puede ser necesario un mayor número de rutas de herramientas para completar la tarea.

Existen innovaciones en el sector de fabricación digital que facilitan un importante desarrollo de sectores como el aeronáutico. La impresión 3D y el mecanizado CNC están afianzando su posición entre las principales aportaciones a los avances actuales en fabricación. En el sector aeronáutico, esto significa superar las relaciones tradicionales de la cadena de suministro y de los procesos de fabricación y trabajar en colaboración con empresas como Proto Labs para sacar el máximo partido a las últimas tecnologías y materiales.