Hubo un tiempo en el que la idea de utilizar materiales textiles para las piezas de carga primaria daba miedo. Afortunadamente, ahora vivimos en una era posterior a la desconfianza hacia los materiales compuestos, y ya no podemos negar la revolución que han traído y el progreso que han logrado. Los compuestos en la industria aeronáutica y aeroespacial generalmente se refieren a telas laminadas y tejidas. Ambos presentan una hipótesis 2D y, como resultado, hay una debilidad en términos de rendimiento cuando se llama a la propiedad fuera del plano. Así es como nacieron los composites tejidos en 3D y qué tipo de impacto tuvieron.
Tabla de contenido
Información sobre los compuestos tejidos en 3D
Para dar una breve descripción de esta nueva marca de materiales compuestos, podemos mencionar la historia más exitosa de los composites 3D: las aspas del ventilador del motor turbo Leap. Es el motor turboalimentado más nuevo y más vendido jamás desarrollado a través de una empresa conjunta entre GE y SAE. Las piezas que normalmente están hechas de titanio actualmente se basan en compuestos entrelazados tejidos en 3D hechos de resina y fibra de carbono. Estas piezas cumplen con los requisitos originales debido a ventajas como propiedades mecánicas mejoradas, mayor resistencia a la fatiga en ciclos altos, peso reducido de los motores turbo, suavidad de forma y falta de corrosión y problemas de lubricación.
Fabricación de compuestos de enclavamiento tejido en 3D
En la actualidad, los compuestos de enclavamiento tejido 3D, comúnmente conocidos como 3DWIC, se pueden producir mediante varios procesos como RTM, VARTM, RFI, etc. En el caso del RTM tradicional, el moldeo por transferencia de resina, los compuestos de enclavamiento tejido en 3D (3DWIC) se producen mediante la creación previa de refuerzos antes de inyectar la resina. Luego, para lograr el patrón deseado, alternativamente de acuerdo con él, la configuración general es alinear un conjunto a lo largo de la dirección longitudinal, el segundo conjunto al conjunto transversal de acuerdo con el ángulo seleccionado y el tercer conjunto de capas entrelazadas.
Configuraciones posibles
Como puedes ver, hay cuatro configuraciones posibles:
- Compuesto de enclavamiento angular tejido en 3D con enclavamiento de espesor.
- Enclavamiento de ángulo de tejido 3D Enclavamiento de capa a capa.
- Enclavamiento ortogonal tejido 3D Enclavamiento compuesto de espesor penetrante.
- Enclavamiento ortogonal tejido 3D Enclavamiento compuesto de capa intermedia.
En términos de propiedades, fallas y fatiga, 3DWIC es exactamente lo mismo que los compuestos. Pero lo que los distingue es la ausencia de problemas fuera del plano y el hecho de que se producen en masa con una producción rápida. También se aumenta la fracción de volumen de la fibra, lo que garantiza un aumento de la tenacidad y del módulo elástico compuesto. Además, la resistencia al espesor se ha mejorado considerablemente
Las carencias en cuanto a la fabricación radican en defectos importantes como pliegues y roturas por tracción debido a las cargas de tracción, compresión y cizallamiento que se producen durante la producción. También puede considerarse demasiado grueso (decenas de centímetros) en comparación con el compuesto promedio, así como débil en términos de resistencia al cizallamiento en el plano.
Compuestos entrelazados tejidos en 3D de diversos grados
A escala analítica, los FIC de modelado 3D existen en diversos grados. Los modelos analíticos y numéricos se derivan del modelo 2D y tienen en cuenta el acoplamiento de cortante y tracción a través del enclavamiento. Los modelos FEA son diversos, ya que muchos optan por utilizar celdas unitarias para representar el WDIC, mientras que otros engranan metodológicamente el tejido. La micromecánica ha permitido la aparición de modelos homogeneizados utilizando elementos de volumen representativos (RVEs) que reducen el tiempo computacional y permiten la identificación precisa de regiones de interés. Esto limita el modelado detallado y proporciona buenos resultados. Sin embargo, aún queda trabajo por hacer para modelar los detalles del tejido en una computadora con el fin de mejorar los procedimientos de fabricación, evitar defectos internos y obtener resultados termomecánicos precisos.