ES2894037T3 - Procedimiento para fabricar una pieza de material compuesto - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un procedimiento para fabricar una pieza de material compuesto, provista de un cuerpo (600) y uno o más haces de fibras continuas (208) en su interior, caracterizado porque comprende las etapas de: a) obtener un cuerpo (600) que incluye en su interior una o más cavidades tubulares (604), que se extienden entre un primer extremo,dispuesto en la superficie externa del cuerpo y que comprende un orificio de entrada, y un segundo extremo, opuesto al primer extremo; b) introducir resina (301) en estado líquido y un haz de fibras continuas en el interior de por lo menos una cavidad tubular a través de su orificio de entrada; y c) curar la resina hasta que se solidifique, adhiriéndose al cuerpo y fijando el haz de fibras continuas. La invención también se refiere a un sistema para fabricar una pieza de material compuesto, y a la pieza de material compuesto obtenida.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para fabricar una pieza de material compuesto

La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar una pieza de material compuesto con el que es posible obtener piezas de geometría compleja y con prestaciones mejoradas. Además, el procedimiento de la presente invención permite combinar de forma sencilla materiales de distintos tipos, haciendo posible producir piezas de una gran variedad de materiales compuestos.

Antecedentes de la invención

Los documentos WO9216347 A1 y EP2428353 A1 describen procedimientos para fabricar una pieza de material compuesto.

Los materiales compuestos, o composites, son ampliamente utilizados en multitud de sectores, como el aeroespacial, la automoción, el energético o la construcción, entre otros. Un material compuesto es un material formado por varios materiales que han sido especialmente seleccionados y configurados para combinar sus propiedades y obtener de esta manera un nuevo material, el composite, con mejores prestaciones mecánicas, térmicas y/o químicas. Así, por ejemplo, se pueden diseñar materiales compuestos para que presenten una mayor resistencia mecánica, mayor resistencia a la corrosión, mejor estabilidad dimensional, mayor capacidad para absorber impactos, y/o que sean más ligeros.

Típicamente, un material compuesto está constituido por una matriz y un refuerzo, en la forma de partículas o fibras, dispuesto en el interior de la matriz. Son conocidos, por ejemplo, los materiales compuestos de una matriz polimérica reforzada con fibras de carbono.

Las fibras de refuerzo se pueden clasificar como fibras continuas o discontinuas. Las fibras discontinuas, a su vez, se clasifican como fibras cortas (con longitudes típicas de 2-10mm) y fibras largas (con longitudes típicas de 10-50mm, o incluso más, por ejemplo, de 100 o 150mm). Por otro lado, las fibras continuas suelen presentarse en bobinas con una longitud total de decenas o centenares de metros, o incluso de kilómetros. Además, en los materiales compuestos de fibra continua normalmente las fibras tienen una orientación predefinida, mientras que en los materiales de fibras discontinuas éstas tienen generalmente una orientación aleatoria.

A pesar de que normalmente suelen ser más económicos, los materiales compuestos reforzados con partículas y fibras discontinuas tienden a ser mucho más débiles y de menor rigidez que los materiales compuestos con fibras continuas, considerándose estos últimos como materiales de altas prestaciones.

Son conocidas tecnologías de fabricación de piezas de materiales compuestos con fibras continuas basadas en el apilamiento de capas de fibras dispuestas en paralelo o entrelazadas en forma de tejido. Las piezas obtenidas con estas tecnologías son esencialmente placas planas o con una cierta curvatura. En algunos casos, como por ejemplo en el moldeo por transferencia de resina (o RTM, del inglés “Resin Transfer Moulding”) y otras técnicas basadas en la infusión de resina, se apilan primero capas de fibras secas sobre un molde con la forma de la pieza a fabricar y a continuación se impregnan con resina líquida mediante la aplicación de presión o vacío, que será posteriormente curada en unas condiciones de temperatura determinadas. Alternativamente, en otros casos, como por ejemplo en el moldeo de láminas de fibras pre-impregnadas de resina (o prepregs), se disponen láminas de fibras ya impregnadas de resina en un estado cuasi-sólido sobre el molde de la pieza a fabricar, para a continuación proceder a su curado, normalmente en un autoclave.

Otra tecnología de fabricación de piezas de material compuesto conocida es el “filament winding”, con la que se pueden obtener piezas con geometría tubular de sección circular u ovalada hueca. Esta tecnología consiste en devanar sobre un mandril fibras continuas que previamente han sido sumergidas en un baño de resina o directamente prepregs.

Igualmente es conocida la pultrusión de perfiles, en donde se estira un haz de fibras continuas para que pase primero a través de un baño de resina y a continuación a través de un molde de sección constante en parte de su longitud, con el que se da la forma al perfil extruido, y en el que también se realizará el curado del material, generalmente aplicando temperatura en el mismo molde.

Los procedimientos de fabricación basados en estas tecnologías imponen serias limitaciones sobre las geometrías de las piezas obtenidas, que son en general formas simples como placas y superficies (planas o con una cierta curvatura), estructuras tubulares huecas, y perfiles extruidos de sección constante. Por este motivo suele ser necesario incluir en el procedimiento de fabricación una etapa adicional unir mecánicamente o por adhesivado varias piezas de material compuesto para obtener una geometría deseada, así como el mecanizado de estas piezas. Esto ralentiza y encarece el procedimiento de fabricación, aparte de que además genera muchos desperdicios de material compuesto.

Otra limitación de los procedimientos de fabricación de piezas de material compuesto del estado de la técnica radica en que las fibras continuas están confinadas en el plano del laminado, sin que sea posible orientarlas libremente en las tres dimensiones de la pieza. Al no haber fibras de refuerzo orientadas en la dirección de apilado (dirección perpendicular a la superficie de las capas) que unan las diferentes capas del laminado entre sí, la unión entre las capas apiladas resulta crítica. Por este motivo, las piezas obtenidas mediante estos procedimientos de fabricación presentan una baja resistencia a la delaminación entre capas.

Además, los procedimientos de fabricación conocidos no son adecuados para la obtención de materiales compuestos en los que un refuerzo a base de fibras continuas deba combinarse con una matriz no polimérica, como por ejemplo cerámica o metálica.

También son conocidas las tecnologías de fabricación aditiva, o impresión 3D, en donde un objeto tridimensional de geometría arbitraria es fabricado por medio de la superposición de capas sucesivas de material. En cada capa, se añade material punto a punto, hasta fabricar la geometría 3d previamente definida mediante herramientas de diseño 3D, como por ejemplo Solidworks (CAD 3D) o Blender (modelado 3D).

Las tecnologías de fabricación aditiva pueden clasificarse en tres grandes grupos según el formato en el que se presenta el material de aporte:

- Tecnologías basadas en material sólido, tal como por ejemplo el modelado por deposición fundida (Fused Deposition Modeling o FDM), en la que mediante control numérico se determinan capa a capa las posiciones en las que debe depositarse un hilo de material plástico o metálico fundido que posteriormente se solidificará antes de depositar la siguiente capa. El proceso se repite capa a capa hasta generar la geometría completa.

- Tecnologías basadas en material en polvo, tales como el sinterizado por láser selectivo (Selective Laser Sintering o SLS), el fundido por láser selectivo (Selective Laser Melting o SLM) o el fundido por haz de electrones (Electron Beam Melting o EBM), en las que el material en polvo es depositado capa a capa y fundido o sinterizado de manera selectiva y con las que es posible obtener piezas de material plástico, metálico, cerámico o semicristalino.

- Tecnologías basadas en material líquido, como por ejemplo la estereolitografía (Stereolitography o SLA), el procesado por luz directa (Direct Light Processing o DLP) o el modelado PolyJet, en las que se curan resinas fotosensibles mediante luz, y con las que se pueden fabricar piezas de resina polimérica.

Al basarse en añadir material, en lugar de substraerlo como la mayoría de procesos de fabricación, las tecnologías de fabricación aditiva permiten fabricar geometrías altamente complejas, imposibles de obtener mediante otras tecnologías, e incluso mecanismos que comprenden un conjunto de piezas ya ensambladas, produciendo muy pocos desperdicios de material. Estas tecnologías también permiten fabricar piezas de diferentes materiales, como por ejemplo metales, materiales cerámicos, polímeros termoplásticos y/o polímeros termoestables.

Por otra parte, tanto el método descrito en la solicitud de patente EP2781342A1 como la máquina “Mark One ©” de MarkForged, Inc (https://markforged.com/mark-one/) permiten obtener piezas reforzadas con fibras continuas mediante fabricación aditiva, aunque con las limitaciones de que solo pueden colocar el refuerzo capa a capa y trabajar únicamente con termoplásticos.

Sería por tanto deseable disponer de un procedimiento para fabricar una pieza de material compuesto capaz de producir piezas con geometrías complejas y con prestaciones mejoradas, que permita además utilizar una gran variedad de materiales compuestos y colocar las fibras de refuerzo en todas las direcciones. También sería deseable disponer de una pieza de material compuesto obtenida mediante dicho procedimiento que presente unas prestaciones mejoradas.

Descripción de la invención

La invención se encuentra definida por las reivindicaciones.

Con el procedimiento para fabricar una pieza de material compuesto de la reivindicación 1, se consiguen resolver los inconvenientes citados, presentando ventajas adicionales que se describirán. Otras realizaciones ventajosas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

A no ser que se especifique lo contrario en esta descripción, las características descritas en esta están dentro del alcance de protección de la invención reivindicada.

A diferencia de los procedimientos de fabricación conocidos, en el procedimiento de la presente invención se obtiene primero durante la etapa a) el cuerpo de la pieza (lo que sería equivalente a la matriz en los procedimientos descritos en el estado de la técnica), para a continuación durante la etapa b) proceder al refuerzo de dicho cuerpo introduciendo uno o más haces de fibras continuas en el interior de respectivas cavidades tubulares creadas en el cuerpo de la pieza, según se define en la reivindicación 1.

Al separarse, por un lado, la obtención del cuerpo de la pieza y, por otro lado, el refuerzo de la pieza con haces de fibras continuas, la fabricación de dicho cuerpo no está limitada a las tecnologías de fabricación de materiales compuestos convencionales, basadas por ejemplo en el apilado de capas o en la pultrusión de perfiles, siendo por tanto posible producir un cuerpo de geometría más compleja que con las tecnologías de fabricación convencionales.

Del mismo modo, la disposición de los haces de fibras continuas dentro del cuerpo no está determinado por el apilado de capas de haces de fibras, ya sean secas o preimpregnadas, sino que por la trayectoria de las cavidades tubulares contenidas en el interior del cuerpo de la pieza.

Dicho procedimiento cobra especial interés cuando el cuerpo es obtenido mediante tecnologías de fabricación aditiva, ya que dichas tecnologías permiten obtener cuerpos con cavidades tubulares en su interior siguiendo trayectorias arbitrariamente complejas, imposible de obtener mediante otras tecnologías de fabricación como por ejemplo mecanizado piezas o inyección de plásticos.

Por lo tanto, con el procedimiento de la presente invención se pueden obtener piezas de material compuesto con prestaciones mejoradas, dado que las trayectorias de los haces de fibras continuas contenidos en el interior del cuerpo de la pieza pueden optimizarse en función de las especificaciones de diseño. Así, por ejemplo, las trayectorias de las cavidades tubulares pueden ajustarse para que coincidan con las trayectorias en el interior del cuerpo de la pieza según las cuales se transmiten los esfuerzos principales.

Además, dado que la pieza se refuerza mediante la inserción de haces de fibras continuas en unas cavidades tubulares previamente creadas en el cuerpo de dicha pieza, el procedimiento de la invención permite fabricar piezas reforzadas de una gran variedad de materiales compuestos, pudiendo ser las fibras continuas de los haces de un primer material y el cuerpo de un segundo material distinto al primero. Así, por ejemplo, se puede producir fácilmente una pieza con un cuerpo de material cerámico o metálico reforzado con fibras de carbono.

En una realización preferida, el cuerpo de la pieza es de un material plástico, de un material cerámico, de un material metálico (tal como, por ejemplo, aluminio, titanio, cobre o acero), o de una combinación de los anteriores. Asimismo, en algunas realizaciones, el propio cuerpo puede ser ya de un material compuesto, como por ejemplo de matriz polimérica reforzada con fibras.

De acuerdo con la invención:

- La etapa b) comprende llevar a cabo la citada introducción de resina en estado líquido y del haz de fibras continuas de manera simultánea. Para este ejemplo de realización, la resina tiene ventajosamente dos funciones principales: por un lado, durante la etapa b), contribuye a introducir los haces de fibras continuas en el interior de las cavidades tubulares; y por otro, una vez curada y solidificada al finalizar la etapa c), actúa como interfaz de unión entre las fibras continuas de los haces y el cuerpo de la pieza; o

-La etapa b) comprende llevar a cabo la citada introducción de manera secuencial, primero para el haz de fibras continuas y después la resina en estado líquido, cumpliendo en este caso la resina únicamente una de las dos funciones principales citada en el párrafo anterior, en particular la de actuar como interfaz de unión entre las fibras continuas de los haces y el cuerpo de la pieza, realizando la introducción del haz de fibras continuas en el interior de por lo menos la citada cavidad tubular, ejerciendo una fuerza de arrastre mediante un fluido a presión por el interior de por lo menos dicha cavidad tubular y, opcionalmente, también ejerciendo una fuerza mecánica de empuje (por ejemplo mediante un sistema de pinzamiento y arrastre, por desplazamiento, del haz de fibras continuas o mediante un sistema de rodillos acoplado al haz de fibras continuas).

Para una implementación preferida de dicha etapa b) que comprende llevar a cabo la citada introducción de manera secuencia, se introducen primero las fibras utilizando un gas, tal como aire, nitrógeno u otro gas. Dicho gas, al tener una viscosidad mucho menor que la resina, puede viajar a mucha más velocidad que ésta y en régimen turbulento, lo que en ciertas ocasiones contribuye a arrastrar mejor el haz de fibras por el interior de la cavidad tubular.

La resina puede ser una resina termoestable o una resina termoplástica. Las resinas termoplásticas, tales como polipropileno (PP), poliamida (PA), polietileno (PE), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) o ácido poliláctico (PLA), se caracterizan porque a temperatura ambiente están en estado sólido y se derriten a partir de cierta temperatura, lo que permite conformarlas mediante procesos como inyección o extrusión.

Alternativamente, las resinas termoestables, como por ejemplo epoxi, poliéster, viniléster o fenólica, se caracterizan porque a temperatura ambiente están en estado líquido y solidifican por medio de un proceso de curado. A diferencia de las resinas termoplásticas, suelen degradarse o quemarse a partir de cierta temperatura. Además, en estado líquido ofrecen viscosidades mucho más bajas que las resinas termoplásticas, lo que permite una mejor impregnación de las fibras y ventajosamente facilita su introducción junto con los haces de fibras continuas dentro de las cavidades tubulares.

El curado de la resina en la etapa c) puede ser ventajosamente mediante la aplicación de calor, luz, ondas electromagnéticas, o mediante una combinación de los anteriores.

En algunas realizaciones, después de la etapa b), todas las cavidades tubulares del cuerpo contienen en su interior un haz de fibras continuas. Sin embargo, en otras realizaciones, al concluir la etapa b), hay por lo menos una cavidad tubular del cuerpo en la que no se ha introducido en su interior un haz de fibras continuas. En estas realizaciones, la cavidad tubular que queda libre puede ventajosamente formar parte de un circuito de refrigeración para refrigerar el cuerpo de la pieza haciendo pasar por el interior de dicha cavidad un fluido refrigerante.

Asimismo, en algunas realizaciones, durante la etapa b) el haz de fibras continuas se introduce en la cavidad tubular hasta que su extremo entrante alcanza el segundo extremo de la cavidad tubular, mientras que, en otras realizaciones, el haz de fibras continuas no se introduce hasta alcanzar dicho segundo extremo.

Las cavidades tubulares pueden ser ciegas o pasantes. En una cavidad tubular ciega, el segundo extremo de la cavidad está en el interior del cuerpo. En cambio, en una cavidad tubular pasante el segundo extremo de la cavidad tubular está dispuesto en la superficie externa del cuerpo y comprende un orificio de salida.

En algunas realizaciones todas las cavidades tubulares del cuerpo de la pieza obtenido durante la etapa a) son pasantes, mientras que en otras realizaciones todas las cavidades tubulares son ciegas. Finalmente, en otras realizaciones, el cuerpo comprende por lo menos una cavidad tubular pasante y por lo menos una cavidad tubular ciega.

La sección transversal de las cavidades tubulares del cuerpo puede ser circular, ovalada o poligonal. En algunos casos la sección transversal de una cavidad tubular será constante a lo largo de la misma desde su primer extremo hasta su segundo extremo, mientras que otras realizaciones la sección transversal puede ir variando a medida que la cavidad tubular se aleja del primer extremo.

En el contexto de la presente invención, el término cavidad tubular preferentemente se refiere a una cavidad en la que su longitud, definida por la distancia entre su primer extremo y su segundo extremo, es por lo menos 10, 20, 30 o incluso 50 veces mayor que el diámetro de la sección transversal de dicha cavidad. En el supuesto en que la sección transversal de la cavidad no sea constante, dicho diámetro se refiere preferiblemente al valor promedio del diámetro de la sección transversal de la cavidad tubular a lo largo de la misma desde su primer extremo a su segundo extremo.

Durante la etapa b), a medida que se va introduciendo la resina en el interior de dicha por lo menos una cavidad tubular el aire contenido en el interior de dicha cavidad tubular es expulsado principalmente a través de su orificio de salida, en caso que haya uno, es decir para una cavidad tubular pasante, o, para una cavidad tubular ciega, a través de la propia porosidad del material del cuerpo y/o de un pequeño orificio de salida para facilitar la salida del aire al final de la cavidad tubular ciega, o de varios orificios a lo largo de la cavidad tubular ciega, de por ejemplo 0.5 mm de diámetro.

El haz o los haces de fibras continuas de la pieza comprenden una pluralidad de fibras (a veces referidas también como filamentos) que pueden estar dispuestas de manera trenzada formando un hilo, o sueltas sin trenzar. Preferiblemente, un haz de fibras continuas comprende por lo menos un millar de fibras. También preferiblemente, dichas fibras tienen un diámetro entre 5 y 25 micras.

En algunas realizaciones, las fibras de dicho haz o haces de fibras son fibras de carbono, fibras de vidrio o fibras de aramida. Las fibras de carbono son particularmente ventajosas cuando se requieren prestaciones mecánicas elevadas, mientras que las fibras de vidrio ofrecen un buen compromiso entre prestaciones y coste. Las fibras de aramida son especialmente adecuadas cuando la pieza a reforzar debe tener una gran capacidad para absorber impactos.

En otras realizaciones, las fibras de dicho haz o haces de fibras son fibras de lino, cáñamo o bambú. El uso de fibras de origen natural es preferible en aquellas aplicaciones en la que se desee tener un menor impacto ambiental.

En otras realizaciones, las fibras de dicho haz o haces de fibras son metálicas, como por ejemplo fibras de acero o cobre. El uso de fibras metálicas es preferible en aquellas aplicaciones en la que se desee tener una mayor conductividad térmica o eléctrica.

En otras realizaciones, las fibras de dicho haz o haces de fibras comprende una combinación de los tipos de fibras previamente citados. De esta manera se pueden obtener propiedades combinadas, como por ejemplo buena resistencia mecánica y conductividad eléctrica a la vez.

Opcionalmente, un haz de fibras continuas de dicho haz o haces de fibras continuas comprende al menos una fibra óptica. Esto permite transmitir luz y/o señales a lo largo de la cavidad tubular. En particular, la fibra óptica puede formar parte de un sensor de tensión o deformación mecánica, o para monitorizar otras propiedades mecánicas de la pieza.

En una realización preferida, en la etapa b) se ejerce una presión positiva sobre la resina en el orificio de entrada de una cavidad tubular de dicha por lo menos una cavidad tubular, de modo que la resina introducida en dicha cavidad tubular es impulsada hacia el segundo extremo de dicha cavidad tubular. La viscosidad de la resina hace que ésta arrastre el haz de fibras continuas a lo largo de la cavidad tubular hacia dicho segundo extremo sin que sea necesario actuar mecánicamente sobre el haz de fibras continuas. Así se garantiza una correcta impregnación de las fibras del haz con la resina por todo el recorrido, adhiriéndose éstas de manera óptima al cuerpo de la pieza una vez se haya curado la resina. Se ha comprobado, asimismo, que en ciertas ocasiones la resina y las fibras viajan a velocidades similares, con lo que ambos llegan al final de la cavidad tubular casi al mismo tiempo. De esta manera se producen unos desperdicios mínimos de fibra y resina.

En otra realización preferida, el segundo extremo de una cavidad tubular de dicha por lo menos una cavidad tubular está dispuesto en la superficie externa del cuerpo y comprende un orificio de salida. Además, en dicha realización, en la etapa b) se aplica vacío en el orificio de salida de dicha cavidad tubular, de modo que la resina introducida en dicha cavidad tubular es succionada hacia su orificio de salida. De esta manera alternativa también se consigue que la resina arrastre el haz de fibras continuas hacia dicho segundo extremo.

Opcionalmente en esta realización preferida, además de aplicar vacío en el orificio de salida de dicha por lo menos una cavidad tubular, durante la etapa b) también se ejerce una presión positiva sobre la resina en el orificio de entrada de dicha cavidad tubular.

La combinación de sobrepresión en el orificio de entrada y de depresión en el orificio de salida de una misma cavidad tubular permite que la resina y el haz de fibras continuas avance con mayor rapidez por el interior de la cavidad tubular que si sólo se actuara en uno de los dos extremos de la misma, reduciendo con ello el tiempo necesario para la etapa b). Alternativamente, la combinación de sobrepresión y depresión permite conseguir la misma velocidad de inserción de la resina y del haz de fibras continuas con valores de presión más bajos que si sólo se actuara en uno de los extremos de la cavidad tubular.

En algunas realizaciones, adicionalmente, en una cavidad tubular de dicha por lo menos una cavidad tubular, en la etapa b) se ejerce una fuerza mecánica de empuje sobre el haz de fibras continuas insertado en dicha cavidad tubular, de modo que el haz de fibras continuas es empujado hacia el segundo extremo de dicha cavidad tubular. De este modo se puede mantener una determinada velocidad de inserción del haz de fibras continuas en la cavidad tubular en condiciones de presión positiva y/o de vacío menos exigentes, así como conseguir insertar las fibras dentro de cavidades tubulares con curvaturas más complejas.

Dicha fuerza mecánica de empuje puede ejercerse, por ejemplo, mediante un sistema de rodillos acoplado al haz de fibras continuas, o mediante un sistema de pinzamiento y arrastre, por desplazamiento, del haz de fibras continuas.

En términos de productividad, de impregnación de las fibras con resina a lo largo de la cavidad tubular, de cantidad de fibras insertadas, de generación de desperdicios y de capacidad de inserción de fibras en cavidades tubulares de trayectoria compleja, las tres opciones más eficientes que los presentes inventores han detectado son las siguientes:

1. Insertar el haz de fibras continuas y resina de manera simultánea aplicando diferencia de presión.

2. Insertar primero el haz de fibras continuas utilizando un flujo de gas y luego insertar la resina aplicando diferencia de presión.

3. La opción 1 o 2 añadiendo la aplicación de una fuerza mecánica de empuje sobre el haz de fibras continuas.

Opciones menos eficientes, son las siguientes:

4. Solamente aplicar fuerza mecánica de empuje sobre el haz de fibras continuas y después insertar la resina.

Esta opción puede funcionar para cavidades tubulares sencillas, poco rugosas y para distancias de inserción cortas. Esta opción no pertenece a la invención.

5. Combinar la opción 1, 2, o 3 tirando de las fibras mediante un hilo introducido desde un orificio de salida de la cavidad tubular. Esta opción implica actuar desde el orificio de salida, por lo que es poco productiva.

También adicionalmente, para un ejemplo de realización, en una cavidad tubular de dicha por lo menos una cavidad tubular, en la etapa b) se ejerce una fuerza mecánica de torsión sobre el haz de fibras continuas insertado en dicha cavidad tubular. Dicha torsión del haz de fibras continuas puede conseguirse rotando el propio haz de fibras continuas o, alternativamente, el cuerpo de la pieza.

Opcionalmente, después de la etapa c) el procedimiento comprende las etapas adicionales de:

- cortar los sobrantes del haz de fibras continuas y/o resina que sobresalen por el orificio de entrada de dicha por lo menos una cavidad tubular; y/o

- pulir y/o rebajar la superficie externa del cuerpo.

De esta manera se da el acabado final a la pieza, mejorando su apariencia. En ciertos casos, el cuerpo de la pieza se puede haber sobredimensionado a propósito para que al rebajar su superficie externa (por ejemplo, mediante mecanizado) se eliminen al mismo tiempo los sobrantes de fibras continuas y/o resina.

Preferiblemente, antes de la etapa c) el procedimiento comprende una etapa de acondicionar el cuerpo de la pieza a la temperatura de curado de la resina. Más preferiblemente, la etapa de acondicionar el cuerpo de la pieza se realiza entre la etapa a) y la etapa b). Así se adelanta el curado de la resina, disminuyendo el tiempo de procesado y aumentando con ello la productividad del procedimiento de fabricación.

Opcionalmente, durante la etapa c) el procedimiento comprende una etapa de aplicar una fuerza mecánica sobre el cuerpo de la pieza. De este modo, una vez curada la resina, el cuerpo quedará pretensado, mejorando así el comportamiento de la pieza reforzada frente a diferentes condiciones de carga.

Preferiblemente, la etapa a) utiliza una tecnología de fabricación aditiva. Estas tecnologías permiten ventajosamente producir piezas con cuerpos de geometría arbitraria que incluyan cavidades tubulares con trayectorias complejas en su interior.

En estas realizaciones, preferentemente antes de la etapa a) el procedimiento comprende las etapas de:

- crear un modelo tridimensional del cuerpo de la pieza a fabricar, mediante herramientas CAD o de modelado 3D; y - determinar en base a dicho modelo tridimensional la trayectoria de cada cavidad tubular de dicha una o más cavidades tubulares.

Mediante herramientas de diseño 3D y de simulación por elementos finitos se puede optimizar (por ejemplo, mediante un algoritmo de optimización topológica) la geometría del cuerpo de la pieza en función de, por ejemplo, las cargas mecánicas que deberá soportar la pieza. Una vez se dispone de dicho modelo es posible a continuación determinar, diseñar, o incluso calcular por medio de un algoritmo de optimización, la trayectoria de las cavidades tubulares en función de las especificaciones que la pieza reforzada con fibras continuas deba cumplir.

En ciertas realizaciones, el cuerpo de la pieza comprende una pluralidad de elementos, estando cada elemento provisto en su interior de al menos un segmento de cavidad tubular. En estas realizaciones la etapa a) comprende la subetapa de unir la pluralidad de elementos entre sí, interconectando los segmentos de cavidad tubular de modo que formen dicha una o más cavidades tubulares. Al estar el cuerpo de la pieza formado por varios elementos que se unen entre sí, es posible obtener piezas o estructuras de mayores dimensiones, siendo clave el hecho de que las fibras van de un elemento al otro, dando continuidad a la pieza y generando uniones integrales que proporcionan altas prestaciones.

Opcionalmente, en estas realizaciones, la etapa a) comprende adicionalmente la subetapa de curvar y/o conformar al menos un elemento de dicha pluralidad de elementos antes o después de unirlos entre sí. De esta manera, partiendo de elementos geométricamente simples, como por ejemplo tubos extruidos flexibles, se pueden obtener cuerpos geométricamente complejos.

También opcionalmente, la etapa a) comprende la subetapa de obtener mediante extrusión, inyección, mecanizado y/o pultrusión cada elemento de dicha pluralidad de elementos o el cuerpo entero cuando éste está formado por un solo elemento. Estas tecnologías de fabricación, a pesar de que no ofrecen tantas posibilidades a nivel de geometría como las tecnologías de fabricación aditiva, tienen otras ventajas como por ejemplo mayor productividad.

En otras realizaciones, la etapa a) comprende las subetapas de producir un cuerpo macizo y, a continuación, mecanizar dicha una o más cavidades tubulares en dicho cuerpo.

En general, antes de la etapa b) el procedimiento comprende las etapas adicionales de:

- aplicar un baño de resina líquida al haz de fibras continuas; y

- encarar el extremo entrante del haz de fibras continuas impregnadas de resina con el orificio de entrada de dicha por lo menos una cavidad tubular.

En general el procedimiento comprende, tras haber insertado el haz de fibras en una cavidad, cortarlo y proceder a encarar el extremo entrante del haz de fibras continuas con el orificio de entrada de otra cavidad, repitiendo estas acciones para todas las cavidades tubulares en las que se desee insertar haces de fibras continuas.

Opcionalmente antes de la etapa b) el procedimiento comprende la etapa de acoplar en el extremo entrante del haz de fibras continuas un elemento de unión configurado para unir entre sí los extremos de las fibras o filamentos que conforman dicho haz. Dicho elemento de unión impide que los extremos de las fibras o filamentos se separen a medida que el extremo entrante avanza por el interior de la cavidad tubular debido a la rugosidad de sus paredes, evitando así que el haz de fibras continuas se encalle en el interior de la cavidad tubular.

Por lo que se refiere al citado elemento de unión, éste puede ser cualquiera considerado como adecuado por un experto en la materia, siendo particularmente adecuados los siguientes tipos de elementos de unión: hilo ultrafino atado, banda elástica ultrafina y el constituido al preimpregnar el extremo del haz con resina elástica, látex o silicona.

Ventajosamente, además, el extremo del haz se corta de manera oblicua para que tenga forma puntiaguda y facilitar así el avance por el interior de la cavidad tubular.

Preferiblemente, el elemento de unión tiene una geometría adaptada para encajar ajustadamente en el interior de la sección transversal de la cavidad tubular en la que el haz de fibras continuas provisto de dicho elemento de unión va a ser introducido. De este modo, el elemento de unión ofrece una mayor superficie a la resina que se introduce en la cavidad tubular, aumentando la fuerza de arrastre de la resina sobre el haz de fibras continuas hacia el segundo extremo de la cavidad tubular.

De acuerdo con otro ejemplo de realización, el procedimiento de la invención comprende cortar el haz de fibras a una medida similar a la longitud de la cavidad tubular antes del proceso de inserción, de tal manera que en lugar de utilizar una bobina de fibras se utiliza un conjunto de segmentos de haces de fibra que serán insertados en las diferentes cavidades tubulares del cuerpo. Esto puede ser necesario en el caso de que se quiera preimpregnar la punta del haz y darle un corte oblicuo para facilitar la entrada.

Para un ejemplo de realización, el procedimiento comprende una etapa de vaciado del polvo de dentro de la cavidad tubular antes de insertar el haz de fibras continuas y la resina. Esta realización es particularmente aplicable cuando la fabricación del cuerpo se ha lleva a cabo mediante tecnologías de fabricación aditiva que funcionan a base de material en polvo.

Opcionalmente, el procedimiento de la invención también comprende una etapa de aplicar algún tratamiento en el interior de la cavidad tubular para reducir su rugosidad antes de introducir las fibras.

El procedimiento según la invención permite que los haces de fibras continuas del cuerpo de la pieza fabricada no estén confinados dentro de una misma capa. En este sentido, tanto el cuerpo de la pieza, como las cavidades tubulares que el cuerpo acabado incluya en su interior, pueden obtenerse como una superposición de capas, en donde se haya diseñado la trayectoria de cada cavidad tubular de manera arbitraria para que tenga una componente en la dirección de apilado de las capas. Así, al introducir los haces de fibras continuas en el interior de dichas cavidades, éstos quedarán dispuestos en dos o más capas del cuerpo, reforzando la pieza no sólo en una dirección paralela a la superficie de las capas, sino que también en una dirección oblicua, como por ejemplo perpendicular, a dicha superficie.

Varios ejemplos de piezas que son susceptibles de ser obtenidas mediante el procedimiento de la invención son: soportes de antena de satélites espaciales, soportes de motores a reacción de avión, un ala de un vehículo aéreo no tripulado, un chasis de automóvil, un basculante de motocicleta, un cuadro de bicicleta o una pasarela peatonal, ya sea a partir de un cuerpo de un solo elemento o de un cuerpo formado por la unión de varios elementos.

Breve descripción de las figuras

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa unos casos prácticos de realización.

La figura 1 muestra el diagrama de flujo de un procedimiento para fabricar una pieza de material compuesto según una realización de la presente invención.

La figura 2 corresponde al diagrama de bloques de un sistema, que no forma parte de la invención, para fabricar una pieza de material compuesto según el procedimiento de la presente invención.

La figura 3 representa, en una vista en perspectiva, una realización del módulo de inserción de fibras continuas, que no forma parte de la invención, del sistema de la figura 2.

La figura 4 muestra un corte transversal del módulo de inserción de fibras continuas de la figura 3.

La figura 5 es una vista ampliada de la zona en la figura 4 correspondiente al extremo del elemento aplicador del módulo de inserción de fibras continuas susceptible de acoplarse al orificio de entrada de una cavidad tubular.

Las figuras 6a-c representan, respectivamente, una vista en perspectiva, de perfil y frontal de una pieza de material compuesto fabricada con el procedimiento de la presente invención.

La figura 7 presenta una comparativa de la curva característica fuerza específica - desplazamiento de la pieza de material compuesto de las figuras 6a-c reforzada con haces de fibras continuas, y de la misma pieza sin reforzar.

La figura 8 muestra un ejemplo esquemático de una pieza cuyo cuerpo se ha obtenido mediante la unión de una pluralidad de elementos.

Las figuras 9a-c representan, en tres instantes distintos, la inserción de un haz de fibras continuas en una cavidad tubular del cuerpo de la pieza de la figura 8.

Descripción de una realización preferida

En la figura 1 se representa el diagrama de flujo de una realización del procedimiento para fabricar una pieza de material compuesto de la presente invención, en donde la pieza comprende un cuerpo y uno o más haces de fibras continuas dispuestos en su interior. En particular, el procedimiento 100 comprende una primera etapa de diseñar 101 el cuerpo de la pieza mediante una herramienta de diseño CAD tridimensional en base a un conjunto de especificaciones (mecánicas, térmicas, y/o químicas entre otras) que la pieza debe cumplir. A continuación, utilizando el modelo CAD-3D del cuerpo, se determinan 102 las trayectorias que deben tener uno o más haces de fibras continuas (y, correspondientemente, una o más cavidades tubulares) con los que se reforzará el cuerpo de la pieza.

El procedimiento 100 también incluye una etapa de simulación 103 mediante algoritmos de cálculo por elementos finitos del modelo CAD-3D del cuerpo de la pieza reforzado con haces de fibras continuas. En esta etapa es posible simular las prestaciones de la pieza en función del tipo de material seleccionado para el cuerpo, para los haces de fibras y para la resina, y para distintas condiciones de contorno y/o de carga.

El análisis de los resultados obtenidos durante la etapa de simulación 103 sirve para determinar 104 si la pieza reforzada cumple con las especificaciones de diseño. En caso de que no sea así, será necesario volver a la etapa inicial de diseño 101 del cuerpo de la pieza para redefinir su geometría, así como el número de haces de fibras continuas necesarios en dicho cuerpo, y sus trayectorias.

En cambio, si el modelo CAD-3D del cuerpo de la pieza reforzado con haces de fibras continuas cumple con las especificaciones de diseño, se procede a la etapa de obtención 105 del cuerpo de la pieza. Dicho cuerpo comprende en su interior una o más cavidades tubulares que se extienden entre un primer extremo, dispuesto en la superficie externa del cuerpo y que comprende un orificio de entrada, y un segundo extremo, opuesto a dicho primer extremo.

Acto seguido, se introduce 106 simultáneamente resina en estado líquido y un haz de fibras continuas en el interior de por lo menos una cavidad tubular de dicha una o más cavidades tubulares a través de su orificio de entrada, de modo que el extremo entrante del haz de fibras continuas avance hacia el segundo extremo de dicha por lo menos una cavidad tubular. En esta etapa se puede aplicar una sobrepresión sobre la resina en el orificio de entrada de la cavidad tubular en la que se introduce el haz de fibras continuas y/o una depresión sobre la resina en el segundo extremo de dicha cavidad tubular, en caso de que esté provisto de un orificio de salida. También es posible ejercer una fuerza mecánica de empuje (y/o, opcionalmente, de torsión) sobre el haz de fibras continuas para ayudar a la introducción del mismo en la cavidad tubular.

Finalizada la inserción de los haces de fibras continuas, se acondiciona 107 el cuerpo de la pieza a la temperatura de curado de la resina, y se realiza el curado 108 de la resina hasta que ésta solidifique y se adhiera al cuerpo de la pieza, fijando el haz de fibras continuas en el interior de dicha por lo menos una cavidad tubular.

El procedimiento 100 también comprende una etapa de cortar 109 los sobrantes del haz de fibras continuas y/o resina que sobresalen por el orificio de entrada y/o de salida de dicha por lo menos una cavidad tubular, y la etapa de pulir y/o rebajar 110 la superficie externa del cuerpo, para mejorar la apariencia final de la pieza acabada 111.

La figura 2 muestra el diagrama de bloques de un sistema, que no forma parte de la invención, para fabricar una pieza de material compuesto según el procedimiento de la presente invención. El sistema 200 comprende un módulo de fabricación 201 adaptado para obtener un cuerpo 207 que incluye en su interior por lo menos una cavidad tubular que se extiende entre un primer extremo y un segundo extremo opuesto a dicho primer extremo. Dicho primer extremo está dispuesto en la superficie externa del cuerpo y comprende un orificio de entrada. El sistema 200 comprende además un módulo de inserción de fibras continuas 202 (que pueden provenir de una bobina o estar pre-cortadas a una longitud determinada. adaptado para introducir simultáneamente resina en estado líquido y un haz de fibras continuas 208 en el interior de dicha cavidad tubular del cuerpo 207, y un módulo de curado 203 en el que, en general se introduce el cuerpo 207, y que está adaptado para curar la resina introducida en dicha cavidad tubular del cuerpo 207.

En las figuras 3 y 4 se muestran, respectivamente, una vista en perspectiva y un corte transversal de una realización del módulo de inserción de fibras continuas 202, que no forma parte de la invención. Tal como se puede apreciar en las figuras, dicho módulo 202 comprende un recipiente 300 susceptible de almacenar resina 301 en estado líquido y configurado para recibir un haz de fibras continuas 208. El recipiente 300 está provisto de una abertura de salida 302 para la resina 301 y el haz de fibras continuas 208. El recipiente 300 comprende una tapa 307 dispuesta en un extremo del recipiente opuesto al extremo en el que se encuentra la abertura de entrada 302. Además, el recipiente 300 comprende una abertura de entrada 308 dispuesta en la tapa 307, que está substancialmente alineada con la abertura de salida 302 del recipiente cuando la tapa 307 está colocada en el recipiente 300. La abertura de entrada 308 está configurada para recibir un haz de fibras continuas 208 y guiarlo hacia el interior del recipiente 300.

El módulo de inserción de fibras continuas 202 también incluye un elemento aplicador 303 provisto de un primer extremo 304 acoplado a la abertura de salida 302 del recipiente, y de un segundo extremo 305 susceptible de acoplarse al orificio de entrada de una cavidad tubular de la por lo menos una cavidad tubular del cuerpo 207, previamente obtenido con el módulo de fabricación 201. El elemento aplicador 303 está adaptado para permitir que la resina 301 y el haz de fibras continuas 208 accedan simultáneamente al interior de dicha cavidad tubular desde el recipiente 300.

La figura 5 proporciona una vista ampliada de la parte del elemento aplicador 303 próxima a su segundo extremo 305 que se encuentra en el interior de la circunferencia 500 en la figura 4. Según se aprecia en la figura 5, el elemento aplicador 303 comprende en su segundo extremo 305 un estrechamiento 309 que actúa a modo de transición, facilitando la inserción del segundo extremo 305 en el orificio de entrada de la cavidad tubular.

Adicionalmente, el módulo de inserción de fibras continuas 202 comprende un actuador de presión 306 configurado para aplicar un gradiente de presión sobre la resina 301 entre el orificio de entrada y el segundo extremo de dicha cavidad tubular, siendo la presión en el orificio de entrada mayor que la presión en el segundo extremo.

El actuador de presión 306 es de tipo neumático y está acoplado sobre la tapa 307 del recipiente 300. Dicho actuador 306 permite introducir aire comprimido en el interior del recipiente 300, ejerciendo una presión sobre la superficie libre de la resina 301 contenida en el recipiente 300.

Ejemplo 1

En las figuras 6a-c se muestra, respectivamente, una vista en perspectiva, de perfil y frontal, de un ejemplo de pieza de material compuesto fabricada con el procedimiento de la presente invención. En concreto la pieza 600 comprende un cuerpo 601 con cuatro zonas de apoyo 602a-d en su parte inferior y una zona de carga 603 en su parte superior. La pieza 600 se ha diseñado para soportar una fuerza ejercida en la zona de carga 603 y dirigida verticalmente hacia el plano sobre el que reposan las cuatro zonas de apoyo 602a-d. En particular, las dimensiones de la pieza 600 son 175mm x 80mm x 65mm.

La forma del cuerpo 601 se ha calculado mediante herramientas de optimización topológica basadas en el método de los elementos finitos, para optimizar de manera automatizada la geometría del cuerpo 601 quitando material en aquellas zonas sometidas a menor tensión mecánica. Una vez optimizada la geometría del cuerpo 601, se han determinado la trayectoria de los haces de fibras continuas (y, correspondientemente, de las cavidades tubulares que los albergarán) por el interior del cuerpo 601 de la pieza mediante herramientas de CAD-3D.

El cuerpo 601 de la pieza 600 es de ácido poliláctico (PLA) y se ha obtenido mediante una tecnología de fabricación aditiva del tipo FDM, en donde el cuerpo 601 comprende una pluralidad de capas, apiladas según una dirección perpendicular al plano sobre el que reposan las cuatro zonas de apoyo 602a-d. En su interior, el cuerpo 601 incluye seis cavidades tubulares 604a-f pasantes, cada una comprendiendo un orificio de entrada y otro de salida dispuestos en la superficie externa del cuerpo 601, y con trayectorias que atraviesan más de una capa del cuerpo 601. Las cavidades tubulares 604a-f tienen una sección transversal circular, de aproximadamente 2 mm de diámetro, que se mantiene substancialmente constante a lo largo de la cavidad tubular. Además, la longitud de las cavidades tubulares 604a-f es por lo menos 20 veces mayor que el diámetro de su sección transversal.

Para reforzar el cuerpo 601 se utilizan haces de fibras continuas de fibra de vidrio (comercializados por R&G) con un gramaje de 2400 tex. Los extremos de las fibras continuas que conforman dichos haces se han unido entre sí mediante un elemento de unión (en concreto un hilo de aproximadamente 0,1 mm de diámetro) para evitar que las fibras de dichos haces se separen a medida que sus extremos entrantes avanzan por el interior de las cavidades tubulares 604a-f y se enreden con las paredes de las mismas, ya que la tecnología de fabricación aditiva FDM produce una rugosidad superficial importante.

A su vez, la resina utilizada es de tipo epoxi de dos componentes (en particular, resina epoxi L y endurecedor GL 2, también comercializados por R&G). Esta resina presenta una densidad de 1,15g/cm3 y una viscosidad de mezcla de 250 mPas a una temperatura de 25°C.

El gramaje de las fibras continuas y el diámetro de la cavidad tubular determinan el porcentaje de fibras continuas y de resina que quedará en el interior de la cavidad tubular después de la inserción del haz de fibras. El gramaje de las fibras se mide preferiblemente en unidades de tex, que equivale a gramos por kilómetro. Así pues, insertar un haz de fibras continuas de fibra de vidrio de 2400 tex en una cavidad tubular de aproximadamente 2 mm de diámetro equivale a una concentración volumétrica de fibras continuas en las cavidades tubulares de aproximadamente 30%.

Al introducir los haces de fibras continuas en las cavidades tubulares del cuerpo de la pieza, hay que tener presente que la presión de inyección y viscosidad de la resina, junto con el diámetro de la cavidad tubular y el tipo y gramaje de las fibras continuas, determinan la velocidad media de inyección de la resina y el recorrido máximo del haz de fibras continuas. Así pues, para una viscosidad de la resina, diámetro de la cavidad tubular, y tipo y gramaje de las fibras continuas determinados, a mayor presión de inyección mayor será la velocidad media de inyección y mayor el recorrido máximo del haz de fibras continuas. Alternativamente, si se fijan la presión de inyección, el diámetro de la cavidad tubular, y el tipo y gramaje de las fibras continuas, a mayor viscosidad de la resina menor será la velocidad media de inyección y menor el recorrido máximo del haz de fibras continuas.

En el presente ejemplo, para reforzar la pieza 600 se ha introducido un haz de fibras continuas en cada una de las seis cavidades tubulares 604a-f del cuerpo 601, mediante la aplicación de una presión positiva de entre 2 y 3 bares en el orificio de entrada de cada una de dichas cavidades tubulares 604a-f.

Concluida la etapa de inserción de resina en estado líquido y de los haces de fibras continuas, se ha realizado el curado de la resina a temperatura ambiente (25°C) durante un periodo de 48 horas, para permitir que la resina solidifique, fijando dichos haces en el interior de las cavidades tubulares 604a-f.

Finalmente, una vez curada la resina, se han cortado los sobrantes de los haces de fibras continuas y de resina que sobresalían por el orificio de entrada y de salida de cada cavidad tubular 604a-f, dando a la pieza 600 su acabado definitivo.

Por lo tanto, la pieza 600 de material compuesto comprende un cuerpo 601 que comprende una pluralidad de capas apiladas según una dirección perpendicular a la superficie de las mismas, y seis haces de fibras continuas dispuestos en las cavidades tubulares 604a-f en el interior del cuerpo 601. Cada uno de los seis haces de fibras continuas está provisto en su superficie lateral de un recubrimiento de resina de un material distinto al material del cuerpo 601. Además, cada haz de fibras continuas está contenido en dos o más capas de la pluralidad de capas del cuerpo 601.

Para verificar que la pieza 600 de material compuesto reforzada con haces de fibras continuas presenta mejores prestaciones mecánicas, se ha fabricado también una pieza no reforzada, provista de un cuerpo que tiene la misma geometría que el cuerpo 601 pero sin cavidades tubulares en su interior. Para obtener el cuerpo de la pieza no reforzada se han utilizado la misma tecnología de fabricación aditiva, maquinaria y configuración, así como el mismo material, que los utilizados para la obtención del cuerpo 601.

Se han efectuado ensayos mecánicos de ambas piezas utilizando una máquina de ensayos universal. Cada pieza ha sido colocada en una plataforma rígida de dicha máquina sobre sus cuatro zonas de apoyo y se ha aplicado una fuerza en la zona de carga de cada pieza dirigida verticalmente hacia el plano de la plataforma rígida en la que reposan las cuatro zonas de apoyo.

En la tabla siguiente se muestran los resultados obtenidos para cada una de las piezas. Tal como se puede apreciar, la pieza 600 de material compuesto con refuerzo de fibra de vidrio presenta una mayor resistencia, tanto en términos absolutos como en relación a su masa (o resistencia específica). De hecho, la resistencia de la pieza 600 es un 80% mayor que la de la pieza sin refuerzo, siendo el peso de la primera tan solo un 20% mayor que el de la segunda, lo que resulta en una resistencia específica un 50% mayor.

En la figura 7, se muestran las curvas características fuerza específica - desplazamiento de la pieza de material compuesto con refuerzo de fibra de vidrio y de la pieza sin refuerzo. A medida que aumenta la fuerza (y con ella la fuerza específica) aplicada sobre la zona de carga de la pieza, la pieza se va progresivamente flexionando, aumentando con ello el desplazamiento de la zona de carga hacia la plataforma rígida sobre la que descansa la pieza, hasta que se produce la ruptura de la pieza, momento en el cual la fuerza específica cae abruptamente. Así pues, en la curva característica 701 (correspondiente a la pieza 600 de material compuesto con refuerzo de fibra de vidrio) de la figura 7 la ruptura se produce para una fuerza específica mayor que en la curva característica 702 (correspondiente a la pieza sin refuerzo).

Modificando este Ejemplo 1, diseñando más cavidades tubulares e insertando más haces de fibras en el interior del cuerpo, se consiguen incrementos mayores a los indicados en la tabla anterior.

Ejemplo 2

La figura 8 presenta un segundo ejemplo de una pieza de material compuesto cuyo cuerpo se ha obtenido mediante la unión de una pluralidad de elementos. En particular, el cuerpo 800 de la pieza comprende una pluralidad de elementos 801-810, estando cada elemento provisto en su interior de al menos un segmento de cavidad tubular. La figura 8 muestra un corte transversal del cuerpo 800 a fin de poder observar los segmentos de cavidad tubular dispuestos en los elementos 801-810.

Tal como se aprecia en la figura, no todos los elementos 801-810 tienen la misma forma y/o dimensiones. Así pues, mientras que los elementos 801-805 son substancialmente cilíndricos y alargados, los elementos 806-810 son substancialmente esféricos o elipsoidales y actúan como elementos de unión de los primeros. Además, cada uno de los elementos 806 y 809 contiene en su interior dos segmentos de cavidad tubular independientes, mientras que cada uno de los elementos 801-805, 807, 808 y 810 incluye en su interior sólo uno.

De acuerdo con el procedimiento de la presente invención, para obtener el cuerpo 800 se han unido los elementos 801­ 810 entre sí, interconectando los segmentos de cavidad tubular contenidos en ellos de modo que forman una primera cavidad tubular pasante dispuesta en el interior de los elementos 806, 801, 807, 802, 808, 803 y 809, y una segunda cavidad tubular pasante dispuesta en el interior de los elementos 806, 804, 810, 805 y 809.

El cuerpo 800 también comprende una segunda pluralidad de elementos, formada por los elementos 811 y 812, que no contienen en su interior ningún segmento de cavidad tubular. En concreto, el elemento 811 está unido a los elementos 807 y 810, mientras que el elemento 812 está unido a los elementos 808 y 810.

En las figuras 9a-c se muestran tres instantes distintos de la inserción de un haz de fibras continuas en una cavidad tubular del cuerpo de la pieza de la figura 8. La figura 9a proporciona una vista detallada de una porción del cuerpo 800, en el que se pueden apreciar los elementos 801, 804 y 806 unidos entre sí. En la figura se observa también el extremo de un elemento aplicador 901 acoplado al orificio de entrada de la primera cavidad tubular pasante 902 del cuerpo 800, listo para iniciar la introducción simultánea de resina en estado líquido y un haz de fibras continuas en el interior de dicha cavidad tubular 902.

Las figuras 9b y 9c muestran el avance del haz de fibras continuas 903 por el interior de la primera cavidad tubular 902 pasando de un segmento de cavidad tubular al siguiente. En la figura 9b el extremo entrante del haz de fibras continuas 903 se encuentra aproximadamente en la mitad de la longitud de la primera cavidad tubular 902, mientras que en la figura 9c dicho extremo entrante ya ha alcanzado el orificio de salida de la primera cavidad tubular 902.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento (100) para fabricar una pieza (600) de material compuesto, en donde la pieza comprende un cuerpo (207, 601,800) y uno o más haces de fibras continuas dispuestos en el interior de dicho cuerpo, en el que el procedimiento comprende las etapas de:

a) obtener (105) un cuerpo que incluye en su interior una o más cavidades tubulares (604a-f), en donde cada cavidad tubular de dicha una o más cavidades tubulares se extiende entre un primer extremo, dispuesto en la superficie externa del cuerpo y que comprende un orificio de entrada, y un segundo extremo, opuesto a dicho primer extremo; b) introducir (106) resina (301) en estado líquido y un haz de fibras continuas (208) en el interior de por lo menos una cavidad tubular de dicha una o más cavidades tubulares a través de su orificio de entrada, de modo que el extremo entrante del haz de fibras continuas (208) avance hacia el segundo extremo de dicha por lo menos una cavidad tubular; y

c) curar (108) la resina (301) hasta que solidifique, adhiriéndose al cuerpo (207, 601, 800) de la pieza y fijando el haz de fibras continuas (208) en el interior de dicha por lo menos una cavidad tubular,

caracterizado porque la etapa b) comprende:

- llevar a cabo dicha introducción (106) de resina (301) en estado líquido y de dicho haz de fibras continuas (208) de manera simultánea dentro de dicha al menos una cavidad tubular, donde dicha introducción de la resina (301) se realiza aplicando una diferencia de presión sobre la resina (301) y dicha introducción del haz de fibras continuo (208) se realiza ejerciendo sobre el haz de fibras continuo (208) una fuerza de arrastre por medio de la resina,

o

- llevar a cabo dicha introducción (106) de manera secuencial, primero para el haz de fibras continuas (208) y después para la resina (301) en estado líquido, realizando dicha introducción del haz de fibras continuas (208) dentro de dicha al menos una cavidad tubular ejerciendo una fuerza de arrastre mediante un fluido a presión por el interior de por lo menos dicha cavidad tubular.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde dicho fluido a presión es aire u otro gas.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde en la etapa b) se ejerce una presión positiva sobre la resina en el orificio de entrada de una cavidad tubular de dicha por lo menos una cavidad tubular, de modo que la resina introducida en dicha cavidad tubular es impulsada hacia el segundo extremo de dicha cavidad tubular.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo extremo de una cavidad tubular de dicha por lo menos una cavidad tubular está dispuesto en la superficie externa del cuerpo y comprende un orificio de salida; y en donde en la etapa b) se aplica vacío en el orificio de salida de dicha cavidad tubular, de modo que la resina introducida en dicha cavidad tubular es succionada hacia su orificio de salida.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde antes de la etapa c) el procedimiento comprende una etapa de acondicionar (107) el cuerpo de la pieza a la temperatura de curado de la resina.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo (800) de la pieza comprende una pluralidad de elementos (801-810), estando cada elemento provisto en su interior de al menos un segmento de cavidad tubular; y en donde la etapa a) comprende la subetapa de unir la pluralidad de elementos entre sí, interconectando los segmentos de cavidad tubular de modo que formen dicha una o más cavidades tubulares.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde antes de la etapa b) el procedimiento comprende las etapas adicionales de:

- aplicar un baño de resina (301) líquida al haz de fibras continuas (208); y

- encarar el extremo entrante del haz de fibras continuas impregnadas de resina con el orificio de entrada de dicha por lo menos una cavidad tubular.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

- una etapa de vaciado del polvo de dentro de la cavidad tubular antes de insertar el haz de fibras continuas (208) en la cavidad tubular, y/o

- una etapa de aplicar un tratamiento en el interior de la cavidad tubular para reducir su rugosidad antes de insertar el haz de fibras continuas (208).