Los materiales ligeros, como la fibra de carbono, siempre han sido una consideración importante en el diseño de productos en numerosas industrias, desde la automoción y la aviación hasta la energía renovable y los artículos deportivos. En línea con las tendencias globales hacia la reducción de CO2 y la eficiencia de los recursos, la necesidad de piezas más ligeras y eficientes es cada vez más vital.
Si bien el aligeramiento es una consideración importante en muchos sectores, es de particular relevancia para la industria automotriz. El peso de una pieza tiene un enorme impacto en la autonomía del vehículo, el consumo de combustible y los costes y emisiones de CO2 relacionados. Según un informe reciente de McKinsey & Company, mientras que la cuota de aligeramiento es actualmente la más alta en aviación, con casi un 80%, se prevé que la automoción aumente significativamente la cuota de aligeramiento del 30% al 70% para 2030.
El uso de materiales ligeros es una medida en gran medida rentable para reducir las emisiones de CO2 en el sector automotriz, lo que actualmente es un motor clave de cambio en la industria en línea con las regulaciones europeas. El aumento de peso y las consideraciones de coste del sistema para los vehículos eléctricos (VE) también están generando una necesidad adicional de componentes más ligeros y eficientes en toda la industria. Con el peso adicional de las baterías y los sistemas electrónicos asociados, los fabricantes de equipos originales (OEM) de automoción están poniendo cada vez más énfasis en técnicas de diseño y materiales innovadores para reducir el peso de sus vehículos tanto como sea posible, sin comprometer la seguridad y la durabilidad.
La promesa de la fibra de carbono
La fibra de carbono es actualmente uno de los materiales de aligeramiento más comentados debido a sus altas propiedades mecánicas y baja densidad. A pesar del alto coste asociado a la fibra de carbono en la actualidad, se espera una disminución significativa de los costes en las próximas dos décadas para las aplicaciones de fibra de carbono en automoción. Dado que el material tiene la mayor ventaja en la relación peso/resistencia sobre materiales comparables como el aluminio y el acero de alta resistencia, su uso aumentará enormemente en aplicaciones automotrices seleccionadas.
CFIP como herramienta eficaz para el aligeramiento
El Proceso de Inyección de Fibra Continua (CFIP) patentado de Reinforce3D es una nueva tecnología de postprocesamiento que mejora drásticamente el rendimiento mecánico y de aligeramiento de las piezas impresas en 3D al reforzarlas con fibras continuas como las fibras de carbono. El proceso se basa en inyectar las fibras continuas simultáneamente con resina líquida dentro de cavidades tubulares dentro de la pieza. Luego, la pieza se cura para que la resina, una vez solidificada, funcione como una interfaz mecánica entre las fibras y el resto de la pieza.
Además del refuerzo, la tecnología también permite la unión integral de diferentes piezas al proporcionar continuidad de fibra a través de ellas para ofrecer un rendimiento de unión ultra alto. Esta nueva capacidad permite la fabricación eficiente de estructuras grandes, multimateriales y multiproceso que son más ligeras al tiempo que conservan las propiedades mecánicas necesarias, como la resistencia y la rigidez.
Aligeramiento de piezas de automoción con CFIP
Una aplicación donde el CFIP ha demostrado sus capacidades de aligeramiento es en un pedal de freno de coche. El pedal se fabricó mediante la unión integral de diferentes piezas, seleccionando el método de fabricación y el material más eficientes para cada una según los requisitos mecánicos de cada zona, pero también según los costes y los objetivos de producción. La figura siguiente muestra el pedal antes del proceso CFIP, indicando los materiales y procesos utilizados.
Luego, se inyectaron fibras de carbono continuas y resina mediante CFIP en las cavidades tubulares dentro del pedal de freno. Las fibras de carbono se alinearon en la dirección más eficiente siguiendo trayectorias complejas para ofrecer un rendimiento mecánico y de aligeramiento óptimo.
Los diversos materiales y procesos de fabricación utilizados para producir el pedal de freno demuestran las capacidades multimateriales del CFIP, que se puede utilizar en cualquier proceso de fabricación existente (impresión 3D y tradicional) y material (polímeros, metales y cerámicas). Esto es particularmente beneficioso para aplicaciones automotrices como esta, donde cada zona de una pieza a menudo tiene diferentes requisitos mecánicos y donde se deben tener en cuenta los costes y los objetivos de producción.
La combinación inteligente de polímero translúcido y piezas metálicas dejó las fibras de carbono internas a la vista para crear un efecto estético único. El resultado final fue una pieza ligera pero fuerte y rígida que conservó sus propiedades mecánicas al tiempo que proporcionó una estética mejorada, añadiendo el potencial para la personalización masiva del producto. Vea la tecnología CFIP en acción aquí.
Revolucionando la fabricación aditiva
Tecnologías disruptivas como el CFIP pueden ayudar al papel de la fabricación aditiva en una variedad de industrias al mejorar el rendimiento y la rentabilidad de innumerables aplicaciones. El refuerzo con fibra de carbono es solo el comienzo para liberar el potencial del sector de la impresión 3D y acelerar la adopción de la fabricación en todos los sectores industriales.
Si bien la industria automotriz es un área clave donde la tecnología CFIP de Reinforce3D puede tener un impacto significativo en términos de rendimiento de aligeramiento, otras industrias críticas como la aeroespacial pronto también experimentarán los beneficios del refuerzo con fibra de carbono para producir piezas más ligeras, más eficientes y más rentables.
