ES2945568T3

ES2945568T3 - Método de fabricación y sistema para fabricar una pieza de material compuesto reforzado con fibra continua

Info

Publication number: ES2945568T3
Application number: ES19380014T
Authority: ES
Inventors: Christian Metzner; Wolfgang Machunze; Marc Crescenti
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH; Fundacio Eurecat
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH; Fundacio Eurecat
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: CN114585501A; KR20220039711A; EP3769945A1; EP3769945B1; WO2021013935A1; US20220250342A1; JP2022542870A

Abstract

Con el fin de lograr una pieza de material compuesto con un refuerzo de fibra 3D adaptado a carga completa con bajos costos de herramientas y proceso, la invención proporciona un método de fabricación para fabricar una pieza (10) hecha de material compuesto (12) con un refuerzo de fibra continua (14), comprendiendo el método los pasos: a) proporcionar un cuerpo (16) con cavidades tubulares (18) y que tenga al menos una primera parte hecha de un primer material polimérico (22) y al menos una segunda parte (24) hecha de un segundo material polimérico (26);b) introducir resina y fibras continuas (28) en las cavidades tubulares (18),c) retirar al menos una parte del segundo material polimérico (26). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de fabricación y sistema para fabricar una pieza de material compuesto reforzado con fibra continua La invención se refiere a un método de fabricación para fabricar una pieza hecha de material compuesto con un refuerzo de fibra continua. Además, la invención se refiere a un sistema de fabricación para fabricar una pieza hecha de material compuesto con un refuerzo de fibra continua.

Las estructuras compuestas reforzadas 3D son cada vez más relevantes para todas las futuras aplicaciones estructurales en vehículos y aeronaves, tales como vehículos aéreos urbanos, satélites, HAPS, NGWS/FCAS, drones u otros tipos de transporte. Especialmente, las estructuras compuestas reforzadas 3D adaptadas a la carga son habilitadores genéricos para estructuras ligeras cargadas.

Una posibilidad de lograr estructuras compuestas reforzadas 3D es la impresión 3D compuesta de toda la pieza compuesta reforzada, que es especialmente útil para una producción a pequeña escala. Para una producción en serie más grande, se puede utilizar la fabricación por termodoblado y sobremoldeo con mayores inversiones en herramientas de fabricación.

El documento US2015/0190965 A1 describe un método de fabricación con forma tridimensional para fabricar un artículo con forma tridimensional laminando capas formadas descargando y curando tintas que incluyen una tinta curable en donde se forma un artículo moldeado provisionalmente que incluye una capa de sacrificio y luego se elimina la capa de sacrificio.

El documento US 2014/0193192 A1 describe un método para la producción de una estructura de conexión para un vehículo de motor. El método implica la inserción de dos elementos de perfil conectados entre sí por un elemento de unión de plástico, en una herramienta y el endurecimiento en la herramienta.

El documento EP 3231 592 A1 se refiere a un método para fabricar una pieza de material compuesto, que tiene un cuerpo y uno o más haces de fibra continua en su interior, caracterizado por que comprende las etapas de:

a) obtener un cuerpo que incluye en su interior una o más cavidades tubulares que se extienden entre un primer extremo, dispuesto en la superficie exterior del cuerpo y que comprende un orificio de entrada, y un segundo extremo, opuesto al primero; b) introducir resina en estado líquido y un haz de fibras continuas en el interior de al menos una cavidad tubular a través de su orificio de entrada; y c) curar la resina hasta que solidifique, adhiriéndose al cuerpo y fijando el haz de fibras continuas. El documento EP 3231 592 A1 también se refiere a un sistema para fabricar una pieza de material compuesto y a la pieza de material compuesto obtenida.

El objeto de la invención es permitir la fabricación de piezas de material compuesto reforzado 3D adaptadas a cargas más ligeras con menores costes de herramienta y de procesamiento.

Para lograr este objeto, la invención proporciona un método de fabricación y un sistema de fabricación de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Las realizaciones ventajosas forman el objeto de las reivindicaciones dependientes.

Según un aspecto, la invención proporciona un método de fabricación para fabricar una pieza de material compuesto con un refuerzo de fibra continua, comprendiendo dicho método las etapas de:

a) proporcionar un cuerpo con cavidades tubulares y que tenga al menos una primera parte hecha de un primer material polimérico y al menos una segunda parte hecha de un segundo material polimérico;

b) introducir resina y fibras continuas en las cavidades tubulares,

c) eliminar al menos parcialmente el segundo material polimérico.

La etapa a) comprende:

a1) seleccionar el segundo material polimérico de materiales que son solubles en un disolvente y el primer material polimérico de materiales poliméricos que no son solubles en dicho disolvente.

La etapa c) comprende:

c1) disolver el segundo material en el disolvente.

Preferiblemente, la etapa c) comprende:

c2) eliminar al menos una segunda parte.

Preferiblemente, la etapa c) comprende:

c3) eliminar todo el segundo material del cuerpo.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a2) fabricar capas aditivas del cuerpo.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a3) diseñar el cuerpo con primeras partes que definen las aberturas de las cavidades.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a4) diseñar el cuerpo con primeras partes que definen partes de curvatura de las cavidades.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a5) diseñar el cuerpo con primeras partes que definen áreas de unión del refuerzo de fibra continua.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a6) diseñar el cuerpo de manera que la al menos una segunda parte define secciones medias de las cavidades tubulares.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a7) diseñar el cuerpo de manera que la al menos una segunda parte define secciones rectas de las cavidades tubulares.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a8) diseñar el cuerpo con una mayor cantidad de segundo material y una menor cantidad de primer material.

Preferiblemente, al menos el 60% en peso, especialmente el 70%-95% en peso, del cuerpo están hechos del segundo material.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a9) diseñar el cuerpo con varias primeras partes separadas entre sí y conectadas mediante al menos una segunda parte.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a10) diseñar el cuerpo de manera que la al menos una cavidad tubular atraviese posteriormente la al menos una primera parte y la al menos una segunda parte.

Preferiblemente, la etapa a) comprende:

a11) añadir y/o conectar un miembro metálico al cuerpo de manera que el miembro metálico tenga aberturas alineadas con los extremos abiertos de las cavidades tubulares.

Preferiblemente, la etapa b) comprende:

b1) introducir la resina en estado líquido y un haz de fibras continuas simultáneamente.

Preferiblemente, la etapa b) comprende:

b2) introducir un haz de fibras continuas dentro de dicha al menos una cavidad tubular ejerciendo sobre las fibras continuas una fuerza de arrastre viscoso por medio de un fluido a presión o la resina, aplicando presión diferencial. Preferiblemente, la etapa b) comprende:

b3) introducir un haz de fibras continuas dentro de dicha al menos una cavidad tubular que ejerce una fuerza mecánica de empuje sobre el haz de fibras continuas.

Preferiblemente, la etapa b) comprende:

b4) introducir secuencialmente la resina y las fibras continuas, especialmente primero las fibras continuas y posteriormente la resina en estado líquido.

Preferiblemente, la etapa b) comprende:

b5) introducir fibras de refuerzo, especialmente fibras de carbono y/o un haz de fibras de carbono.

Preferiblemente, la etapa b) comprende:

b6) introducir fibras funcionales, especialmente fibras de vidrio y/o fibras cerámicas.

Preferiblemente, la etapa b) comprende:

b7) introducir fibras de vidrio para formar al menos una galga térmica y/o extensiométrica.

Preferiblemente, la etapa b) comprende:

b8) introducir fibras cerámicas para formar al menos un actuador. Especialmente, mediante la introducción de haces cerámicos para formar una estructura de fibra que tenga propiedades piezoeléctricas, se pueden formar uno o varios actuadores piezoeléctricos en la estructura de fibra.

Preferiblemente, la etapa b) comprende:

b9) curar la resina después de introducir la resina y las fibras continuas en las cavidades tubulares.

Preferiblemente, una pieza de material compuesto obtenida por el método de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriores de la invención se forma como una estructura de entramado de fibras de refuerzo.

Según otro aspecto, la invención proporciona un sistema de fabricación para fabricar una pieza de material compuesto con refuerzo de fibra continua, que comprende:

un dispositivo de fabricación de capas aditivas para la fabricación de capas aditivas de un cuerpo que tiene al menos una primera parte de un primer material que no es soluble en un disolvente y una segunda parte de un segundo material que es soluble en el disolvente y al menos una cavidad tubular que pasa a través de la primera y segunda partes;

un dispositivo de introducción de resina y fibra para introducir resina y fibras continuas en al menos una cavidad tubular; y

un dispositivo de disolución para disolver el segundo material en el disolvente.

Las realizaciones de la invención son especialmente utilizables para obtener una parte de material compuesto de un medio de transporte o vehículo, especialmente una aeronave o satélite tripulado o no tripulado.

La invención se refiere al campo de la ciencia de materiales y especialmente a la fabricación de estructuras compuestas reforzadas en 3D. El uso preferido de tales estructuras que se pueden obtener mediante las realizaciones de la invención son las aplicaciones estructurales en medios de transporte y vehículos y aeronaves tales como vehículos aéreos urbanos, satélites, HAPS, NGWS/FCAS, drones. Más generalmente, las piezas que se pueden obtener mediante la invención se utilizan como base para estructuras ligeras cargadas.

Las realizaciones de la invención utilizan especialmente un proceso de inyección de fibra continua tal como se describe en el documento EP 3231 592 A1.

Las realizaciones de la invención proporcionan refuerzos de fibra 3D completos que se ven como un miembro faltante para las piezas ligeras y que no se podían fabricar hasta la fecha.

Las realizaciones de la invención se refieren a un método para producir materiales compuestos de polímeros reforzados con fibra en 3D completos por medio de herramientas de fabricación solubles impresas en 3D.

El proceso de inyección de fibra continua tiene la ventaja de que se pueden fabricar piezas compuestas reforzadas adaptadas a la carga 3D a bajos costes de producción con una baja inversión en herramientas. Dado que las fibras se inyectan con alta presión en cavidades tubulares en un cuerpo de polímero, el cuerpo necesita una estructura de polímero que pueda soportar estas presiones. Con la invención, es posible reducir el peso de las piezas que se obtienen mediante un proceso de inyección de fibra continua de este tipo.

Las realizaciones preferidas de la invención tienen al menos una, varias o todas las siguientes ventajas:

• Es posible proporcionar un refuerzo UD (unidireccional) de fibra de carbono con una resistencia/módulo específico hasta aproximadamente 50 veces mayor en comparación con los polímeros de alto rendimiento, incluida la mejor resistencia contra la fluencia, temperatura/medios, fatiga, etc.

• Las cargas en las estructuras están orientadas completamente en 3D: se necesitan técnicas con capacidad de orientación completa de la fibra en 3D.

• Además de los refuerzos de carga, se pueden integrar fibras funcionales (tales como fibras de vidrio como galgas térmicas/extensiométricas, fibras cerámicas como actuadores).

• Las realizaciones preferidas de la invención proporcionan estructuras compuestas con una razón polímero/masa baja, pero fibras de refuerzo totalmente orientadas en 3D ideales con la herramienta y los costes de procesamiento más bajos posibles.

• El método de fabricación es ideal para series de precio medio/bajo.

Las realizaciones preferidas del sistema de fabricación comprenden especialmente medios técnicos para producir estructuras compuestas en 3D completas.

De acuerdo con una realización preferida, se proporciona un diseño geométrico de refuerzo de fibra, material de pieza de polímero y material de soporte/auxiliar soluble.

El diseño geométrico se transfiere a una ruta de proceso (código G), por ejemplo, a través del software de corte. El primer material es especialmente un material de pieza de polímero (por ejemplo, PEEK). El segundo material es especialmente un material de soporte soluble (por ejemplo, 3dGence ESM-10). Preferiblemente, se proporcionan resina líquida y fibras de refuerzo/funcionales.

Preferiblemente, se usa una máquina ALM (Fabricación Aditiva de Capas) que es capaz de procesar como mínimo una parte de material polimérico y un material soluble. Ejemplos de ALM de este tipo son las impresoras FLM (fabricación de capas de filamento) (disponibles en el mercado), máquinas HSS modificadas (HSS = sinterización de alta velocidad; p. ej., sinterización selectiva por láser, especialmente factible con dos tipos de materiales, un ejemplo es el reponedor de cubierta Aerosint, disponible de la empresa Aerosint).

Las realizaciones del sistema incluyen además una máquina de inyección de fibra (CFIP) y, eventualmente, un horno, en el caso de resina termoestable de curado en caliente. Un ejemplo de una máquina CFIP se muestra y describe en el documento EP 3231 592 A1.

Las realizaciones del sistema proporcionan además un disolvente para disolver el material de soporte.

Las realizaciones preferidas del método de fabricación comprenden las siguientes etapas:

1) Diseño geométrico del refuerzo de fibra, material de pieza de polímero (ejemplo del primer material) y material auxiliar/soporte circundante (ejemplo del segundo material).

2) Generación de la ruta del proceso con el software de corte convencional, p. ej. Simplify3d, Cura, Slic3r,...

3) Impresión del primer y segundo material en una sola etapa con rutas de fibra integradas como cavidades abiertas, especialmente cavidades tubulares

4) Limpieza de superficies con procesos sustractivos (disolventes, fresado con chorro de arena, perforación, etc.) si es necesario

5) Inyección de fibras secas con resina líquida de acuerdo con el proceso y dispositivo CFIP, p. ej. como se describe y muestra en el documento EP 3231 592 A1

6) Curado de resina termoestable en refuerzos de fibra en horno si se requiere

7) Disolución del segundo material con técnicas sustractivas y/o disolventes (ácidos, agua, etc.)

8) Procesos de acabado como corte de extremos de fibra y/o limpieza de superficie con chorro de arena, fresado, esmerilado, disolventes u otros si es necesario.

Según las realizaciones preferidas, se logra una pieza reforzada en 3D completa con polímero local y refuerzos de fibra "desnuda" orientados hacia la carga.

Las realizaciones preferidas de la invención se describen con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Fig. 1 un diagrama de flujo de un método para fabricar una pieza hecha de material compuesto con un refuerzo de fibra continua;

Fig. 2 una vista en perspectiva de un cuerpo que se obtiene en una primera etapa del método de fabricación de la Fig. 1;

Fig. 3 una vista en perspectiva del cuerpo de la Fig. 2;

Fig. 4 una vista lateral del cuerpo de la Fig. 2;

Fig. 5 una vista en planta de un miembro metálico que se utiliza opcionalmente en el método de la Fig. 1; Fig. 6 una vista en perspectiva del miembro metálico de la Fig. 5;

Fig. 7 una vista en perspectiva del cuerpo de la Fig. 2 con un miembro metálico de la Fig. 5 unido al mismo; Fig. 8 otra vista en perspectiva de la disposición del cuerpo y el miembro metálico de la Fig. 7;

Fig. 9 una vista similar a la Fig. 7 después de una etapa adicional del método de fabricación en donde se han inyectado fibras continuas en el cuerpo;

Fig. 10 otra vista en perspectiva de la disposición de la Fig. 9 con el cuerpo, el miembro metálico y las fibras continuas inyectadas en el cuerpo;

Fig. 11 una vista en perspectiva de la pieza fabricada con el método de la Fig. 1 con el miembro metálico opcional; Fig. 12 una vista en perspectiva adicional de la pieza de la Fig. 11; y

Fig. 13 una vista lateral de la pieza de la Fig. 11

La Fig. 1 es un diagrama de flujo de un método de fabricación para fabricar una pieza 10 hecha de un material compuesto 12 con un refuerzo de fibra continua 14. En las Figs. 11 a 13 se muestra un ejemplo de tal pieza 10 obtenida u obtenible por tal método.

El método comprende una primera etapa:

51 proporcionar un cuerpo 16 - véanse las Figs. 2 a 4 - con cavidades tubulares 18 y con al menos una primera parte 20 hecha de un primer material polimérico 22 y al menos una segunda parte 24 hecha de un segundo material polimérico 26.

Además, el método de fabricación de la Fig. 1 comprende una segunda etapa:

52 introducir resina y fibras continuas 28 - véanse las Fig. 9 y 10 - en las cavidades tubulares 18 del cuerpo 16. Además, el método de fabricación de la Fig. 1 comprende una tercera etapa:

53 retirar al menos una segunda parte 24.

En una realización preferida, la primera etapa S1 comprende la fabricación de una o varias piezas de herramientas que contienen cavidades tubulares 18 en su interior. Preferiblemente, el segundo material polimérico 26 es un polímero soluble que es soluble en un disolvente específico, mientras que el primer material polimérico 22 es un polímero no soluble que no es soluble en el disolvente específico. Lo más preferiblemente, el cuerpo 16 se fabrica mediante la fabricación de capas aditivas con los polímeros solubles y no solubles 22, 26.

Para la fabricación del cuerpo 16, la etapa S1 comprende una primera sub-etapa:

S1 a diseño geométrico del refuerzo de fibras 14, del primer material polimérico 22 que estará presente en la pieza que se va a fabricar y del segundo material polimérico 26 que se utiliza únicamente como material envolvente auxiliar o de soporte para la fabricación de la pieza 10 y que se elimina en la etapa S3.

Por ejemplo, el diseño se realiza con software CAD.

En la primera sub-etapa S1a, el cuerpo 16 se diseña preferiblemente de modo que cada cavidad tubular 18 pase a través del cuerpo 16 desde un primer extremo abierto 30 hasta un segundo extremo abierto 32.

En una realización preferida, las primeras partes 20 están diseñadas de tal manera que las primeras partes 20 están presentes en áreas donde las fibras continuas 28, que se inyectan en la segunda etapa S2 en forma de haces 36 de fibras, forman una curvatura y/o en las áreas de unión 40 de la pieza 10. En las áreas de unión 40, diferentes haces 36 de fibras están cerca unos de otros. En la realización mostrada, la pieza 10 es una estructura de entramado compuesta 42 con puntales de entramado formados por los haces 36 de fibras continuas y nodos de entramado formados por las áreas de unión.

La al menos una segunda parte 24 está presente en todas las demás áreas del cuerpo 16. Especialmente, la al menos una segunda parte 24 forma la pared de las cavidades tubulares 18 en sus partes medias y/o en sus secciones rectas. Lo más preferiblemente, las cavidades tubulares 18 pasan posteriormente a través de una primera parte 20 y una segunda parte 24. En las realizaciones preferidas, al menos uno de los primeros y segundos extremos abiertos 30, 32 de una cavidad tubular 18 está formado por una primera parte 20.

Haciendo referencia de nuevo a la Fig. 1, la primera etapa S1 del método de fabricación comprende además una segunda sub-etapa:

S1 b fabricar el cuerpo 16 usando una máquina de fabricación de capas aditivas (máquina ALM - no mostrada). Especialmente, la segunda sub-etapa S1 b comprende la generación de una ruta de proceso con un software de corte convencional tal como Simplify3d Cura, Slic3r, ... Especialmente, el diseño obtenido por la primera sub-etapa S1a se convierte en una forma legible por máquina que puede ser leído y procesado por una máquina de fabricación de capas aditivas.

Como la máquina ALM, se puede usar cualquier máquina ALM (también denominada impresora 3D) que sea capaz de procesar el primer y segundo materiales poliméricos 22, 26. El primer y segundo materiales poliméricos 22, 26 se pueden elegir según sea necesario. En las realizaciones preferidas, los materiales 22, 26 se eligen de manera que el primer material polimérico 22 no sea soluble en un disolvente y el segundo material 26 sea soluble en el disolvente. Por ejemplo, el segundo material polimérico 26 es un material que está disponible en el mercado como material auxiliar soluble para soportar una estructura 3D durante la impresión y que puede eliminarse posteriormente. Un ejemplo es 3dGence ESM-10. El primer material polimérico 22 es un material polimérico que se puede imprimir y que no es soluble en el disolvente que se utiliza para eliminar el segundo material polimérico 26. Un ejemplo es PEEk . Otros ejemplos son PE, PP, ABS, PETG, ...

Ejemplos de la máquina ALM son una impresora FLM (disponible en el mercado), máquinas HS o máquinas SLS.

Un ejemplo de un resultado de la segunda sub-etapa S1b se muestra en las Figs. 2 a 4. Muestra el cuerpo 16 con las cavidades tubulares 18 que tienen el primer extremo abierto 30 y el segundo extremo abierto 32 y una trayectoria compleja entre ellos, en donde las primeras partes 20 hechas de los primeros materiales poliméricos 22 están presentes para formar el segundo extremo abierto 32, puntos de unión o áreas de unión 40 y/o secciones de curvatura de las cavidades tubulares 18. En una realización no mostrada, las primeras partes 20 adicionales también pueden forman los primeros extremos abiertos 30. En la realización que se muestra en las Figs. 2 a 4, los primeros extremos abiertos 30 se proporcionan dentro de la segunda parte 24 que rodea y conecta varias primeras partes 20 dispuestas separadas entre sí.

Uno de los objetivos del diseño del cuerpo es lograr una pieza con una razón muy baja de polímero a fibra de refuerzo. Por lo tanto, el segundo material 26 que se elimina en la tercera etapa y se usa solo como material auxiliar es preferiblemente el material dominante en el cuerpo 16. Por ejemplo, el 60% en peso, especialmente de 70 a 95% en peso del cuerpo está hecho del segundo material 26, y solo el resto está hecho del primer material. Por lo tanto, la pieza 10 contendrá solo de 5 a 40% del material polimérico del cuerpo 16.

El cuerpo 16 se utiliza como herramienta para fabricar la pieza 10 que se muestra en las Figs. 11 a 13. La segunda parte 24 actúa como forma de las cavidades tubulares 18 para inyectar las fibras continuas 28.

En la realización mostrada, es además posible añadir un tercer material, por ejemplo, un material metálico. Un ejemplo de un miembro metálico 44 se muestra en las Fig. 5 y 6. El miembro metálico 44 tiene, en un lado, una forma que es complementaria a un extremo del cuerpo 16, especialmente complementaria a un extremo de la segunda parte 24. El miembro metálico 44 tiene aberturas que se pueden alinear con los primeros extremos abiertos 30. El miembro metálico 44 se puede unir al extremo del cuerpo 16 que tiene los primeros extremos abiertos 30 de las cavidades tubulares 18.

De acuerdo con un ejemplo, el miembro metálico 44 tiene partes sobresalientes 48 que definen las aberturas 46 que pueden acoplarse con partes rebajadas 50 de la segunda parte 24 que definen los primeros extremos abiertos 30 de las cavidades tubulares 18.

Por lo tanto, haciendo referencia de nuevo a la Fig. 1, la primera etapa S1 puede tener opcionalmente las sub-etapas adicionales:

S1c fabricar un miembro metálico 44, y

S1d premontar el cuerpo 16 y el miembro metálico 44.

En la tercera sub-etapa S1c, el miembro metálico 16 puede fabricarse, por ejemplo, mediante mecanizado u otras tecnologías de fabricación.

En una realización preferida de la cuarta sub-etapa S1d, el premontaje se realiza con cavidades tubulares coincidentes 18, es decir, las aberturas 46 están alineadas con los primeros extremos abiertos 30 de las cavidades tubulares 18. El montaje se puede realizar mediante diferentes tecnologías. Por ejemplo, el miembro metálico 44 y el cuerpo 16 se pueden unir entre sí mediante acoplamiento positivo entre las partes sobresalientes 48 y las partes rebajadas 50. Las diferentes piezas de la herramienta de fabricación 52, por ejemplo, el cuerpo 16 y el miembro metálico 44, también se pueden unir entre sí, por ejemplo, mediante encolado o unión.

Preferiblemente, la herramienta de fabricación 52 está formada por una disposición del cuerpo 16 y un miembro adicional, tal como el miembro metálico 44, como se muestra en las Figs. 7 y 8.

Después de la cuarta sub-etapa S1d de la primera etapa S1, se lleva a cabo la segunda etapa S2. En la segunda etapa S2, se lleva a cabo un proceso de inyección de fibra continua (CFIP) tal como se describe en el documento EP 3 231 592 A1. Preferiblemente, los haces 36 de fibras se inyectan junto con una resina líquida en las cavidades tubulares 18. Este proceso se conoce generalmente a partir del documento EP 3 231 592 A1 y no se describe adicionalmente en la presente memoria. Especialmente, las fibras de carbono se inyectan con una resina termoestable. Los haces 36 de fibras se forman luego por la trayectoria de las cavidades tubulares 18, es decir, los haces 36 de fibras adoptan la forma de las trayectorias complejas de las cavidades tubulares 18. Entonces, la resina que se inyecta junto con los haces 36 de fibras se ajusta de modo que la resina fije la forma de los haces 36 de fibras.

Por lo tanto, la herramienta de fabricación 52 se usa como forma para formar la estructura de refuerzo de fibra. La forma se puede elegir de manera que las cargas en la estructura de entramado compuesta 42 se orienten según sea necesario.

Según las realizaciones preferidas, no solo se puede integrar el refuerzo de soporte de carga mediante el uso de haces de fibra de carbono, sino también las fibras funcionales. Por lo tanto, en al menos una de las cavidades tubulares 18, se inyectan fibras funcionales tales como fibras de vidrio que pueden usarse para formar una galga térmica y/o extensiométrica o fibras cerámicas que pueden usarse para formar un actuador.

La segunda etapa S2 también puede incluir un fraguado de la resina. Para lograr esto, la herramienta de fabricación 52 con los haces 36 de fibras inyectados así como la resina pueden colocarse en un horno (no mostrado) para curar la resina termoendurecible. Después de la segunda etapa S2, se obtiene la estructura que se muestra en las Figs. 9 y 10.

Las Figs. 9 y 10 muestran la herramienta de fabricación 52 que contiene los haces 36 de fibras inyectados. Esta herramienta de fabricación 52 se pone entonces en un baño (no mostrado) con el disolvente para eliminar el segundo material polimérico 26 disolviéndolo. Tal baño es un ejemplo de un dispositivo de disolución para disolver el segundo material 26.

Por tanto, la disolución del segundo material polimérico 26 utilizando un disolvente específico es una realización preferida de la tercera etapa S3. La tercera etapa S3 también puede incluir otras tecnologías para eliminar el segundo material, tales como tecnologías sustractivas. Especialmente, el segundo material polimérico 26 se puede manipular de forma similar a un material de sacrificio como se conoce en la fabricación de componentes semiconductores. Después de eliminar el segundo material 26, se obtiene la pieza 10 como se muestra en las Figs. 11 a 13. En esta realización particular, la pieza 10 se forma como una estructura de entramado compuesta 42 con el primer material polimérico 22 formando áreas de unión 40 y/o o áreas de curvatura mientras el haz 36 de fibras está fijado por la resina funcionan como puntales de entramado.

Como se ve en las Figs. 11 a 13, el miembro metálico 44 se puede utilizar como medio de fijación para fijar la estructura de entramado compuesta 42 a otros componentes.

Especialmente, la pieza 10 obtenida con el método de fabricación de la Fig. 1 se puede utilizar para piezas de estructura ligera de portaaviones o portaaviones espaciales u otros vehículos, tales como aviones o satélites tripulados o no tripulados.

Con el fin de lograr una pieza de material compuesto (10) con un refuerzo de fibra 3D totalmente adaptado a la carga con bajos costes de herramientas y proceso, la invención proporciona un método de fabricación para fabricar una pieza (10) hecha de material compuesto (12) con un refuerzo de fibras continuas (14), comprendiendo el método las etapas:

a) proporcionar un cuerpo (16) con cavidades tubulares (18) y que tiene al menos una primera parte (20) hecha de un primer material polimérico (22) y al menos una segunda parte (24) hecha de un segundo material polimérico (26); b) introducir resina y fibras continuas (28) en las cavidades tubulares (18),

c) eliminar al menos una parte del segundo material polimérico (26).

Lista de símbolos de referencia:

10 pieza

12 material compuesto

14 refuerzo de fibra continua

16 cuerpo

18 cavidad tubular

20 primera parte

22 primer material polimérico

24 segunda parte

26 segundo material polimérico

28 fibra continua

30 primer extremo abierto

32 segundo extremo abierto

36 haz de fibras

40 área de unión

42 estructura de entramado compuesta

44 miembro metálico

46 aberturas

48 partes sobresalientes

50 partes rebajadas

52 herramienta de fabricación (por ejemplo, cuerpo 16 y miembro metálico 44)

S1 Proporcionar al cuerpo una primera y una segunda partes, fabricadas a partir de un primer y un segundo materiales, respectivamente.

S1a diseñar geométricamente el refuerzo de fibra y la primera y segunda partes

S1b fabricar el cuerpo mediante fabricación aditiva por capas

S1c fabricar un miembro metálico

S1d premontar diferentes partes del cuerpo o del cuerpo y otro miembro

S2 Introducir resina y fibras continuas en las cavidades tubulares del cuerpo

S3 Eliminar al menos una segunda parte

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de fabricación para fabricar una pieza (10) hecha de material compuesto (12) con un refuerzo de fibra continua (14), comprendiendo el método las etapas de:

a) proporcionar un cuerpo (16) con cavidades tubulares (18) y que tiene al menos una primera parte hecha de un primer material polimérico (22) y al menos una segunda parte (24) hecha de un segundo material polimérico (26); b) introducir resina y fibras continuas (28) en las cavidades tubulares (18),

c) eliminar al menos parcialmente el segundo material polimérico (26),

en donde la etapa a) comprende:

a1) seleccionar el segundo material polimérico (26) de materiales que son solubles en un disolvente y el primer material polimérico (22) de materiales poliméricos que no son solubles en el disolvente y;

en donde la etapa c) comprende:

c1) disolver el segundo material en el disolvente.

2. Método de fabricación según la reivindicación 1,

caracterizado por que la etapa a) comprende al menos una o varias de las siguientes etapas:

a2) fabricar por capas aditivas el cuerpo (16);

a3) diseñar el cuerpo (16) con primeras partes (20) que definen extremos abiertos (32) de las cavidades tubulares (18);

a4) diseñar el cuerpo (16) con primeras partes (20) que definen partes de curvatura de las cavidades tubulares (18); a5) diseñar el cuerpo (16) con primeras partes (20) que definen áreas de unión (40) del refuerzo de fibras continuas (14);

a6) diseñar el cuerpo (16) con al menos una segunda parte (24) que define secciones medias de las cavidades tubulares (18);

a7) diseñar el cuerpo (16) con al menos una segunda parte (24) que define secciones rectas de las cavidades tubulares (18);

a8) diseñar el cuerpo (16) con mayor cantidad de segundo material y menor cantidad de primer material;

a9) diseñar el cuerpo (16) con varias primeras partes (20) separadas entre sí y conectadas por al menos una segunda parte (24);

a10) diseñar el cuerpo (16) de manera que al menos una cavidad tubular (18) pase posteriormente a través de al menos una primera parte (20) y al menos una segunda parte (24);

a11) añadir y/o conectar un miembro metálico (44) al cuerpo (16) de tal manera que el miembro metálico (44) tenga aberturas (46) alineadas con los extremos abiertos (30, 32) de las cavidades tubulares (18).

3. Método de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa b) comprende al menos una o varias de las siguientes etapas:

b1) introducir resina en estado líquido y un haz (36) de fibras continuas simultáneamente,

b2) introducir un haz (36) de fibras continuas dentro de dicha al menos una cavidad tubular (18) ejerciendo sobre las fibras continuas (28) una fuerza de arrastre viscoso por medio de un fluido a presión o la resina, aplicando presión diferencial;

b3) introducir un haz (36) de fibras continuas dentro de dicha al menos una cavidad tubular (18) ejerciendo una fuerza mecánica de empuje sobre el haz de fibras continuas (28);

b4) introducir secuencialmente la resina y las fibras continuas (28), especialmente primero las fibras continuas (28) y posteriormente la resina en estado líquido

b5) introducir fibras de refuerzo, especialmente fibras de carbono y/o un haz (36) de fibras de carbono;

b6) introducir fibras funcionales, especialmente fibras de vidrio y/o fibras cerámicas;

b7) introducir fibras de vidrio para formar al menos una galga térmica y/o extensiométrica;

b8) introducir fibras cerámicas para formar al menos un actuador;

b9) curar la resina después de introducir la resina y las fibras continuas (28) en las cavidades tubulares (18).

4. Método de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la etapa c) comprende al menos una o varias de las siguientes etapas:

c2) eliminar al menos una segunda parte (24);

c3) eliminar todo el segundo material (26) del cuerpo (16)

c4) eliminar una sección o secciones de conexión del cuerpo que conecta al menos dos de las primeras partes (20) de manera que las primeras partes (20) estén separadas entre sí.

5. Sistema de fabricación para fabricar una pieza (10) de material compuesto (12) con un refuerzo de fibras continuas (14), que comprende:

un dispositivo de fabricación de capas aditivas para la fabricación de capas aditivas de un cuerpo que tiene al menos una primera parte (20) de un primer material y una segunda parte (24) de un segundo material, en donde el segundo material es soluble en un disolvente y el primer material no es soluble en el disolvente y al menos una cavidad tubular (18) que pasa a través de la primera y segunda partes (20, 24);

un dispositivo de introducción de resina y fibras para introducir resina y fibras continuas (28) en la al menos una cavidad tubular (18); y