Procedimiento y dispositivo para la fabricación de piezas de construcción que contienen plástico.

Procedimiento para la fabricación de piezas de construcción que contienen plástico, en el que se depositan cintas de polímero

(20) de un primer material de polímero al menos en un primer estrato de cinta de polímero sobre una superficie de deposición (11) de un elemento de deposición (10), estando compuesto el elemento de deposición (10) del primer o un segundo material de polímero y permaneciendo en la pieza de construcción (14), caracterizado por que el elemento de deposición (10) se calienta y se moldea en una superficie de conformado (2) de una herramienta de conformado (1), prensándose el elemento de deposición (10) calentado mediante una herramienta de prensado (6) que presenta una superficie de prensado (7) complementaria a la superficie de conformado (2) sobre la herramienta de conformado (1).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/054881.

Solicitante: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V..

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HANSASTRASSE 27C 80686 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: DUBRATZ,MARKUS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/44 (mediante presión isostática, p. ej. moldeo por diferencia de presión, con una bomba de vacío, en autoclave o con caucho expandible)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Moldeo por compresión, es decir, aplicando una presión... > B29C43/18 (incorporando partes o capas preformadas, p. ej. moldeo por prensado alrededor de elementos insertos o sobre objetos a recubrir)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/38 (Apilado (lay-up) automático, es decir, utilizando robots, aplicando filamentos según modelos predeterminados)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/08 (con combinaciones de distintos tipos de refuerzos fibrosos incorporados en una matriz, formando una o más capas, con o sin capas no reforzadas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > B29C70/00 (Conformación de materiales compuestos, es decir, materiales plásticos con refuerzos, cargas o partes preformadas, p. ej. inserciones (aspectos químicos C08, p. ej. C08J 5/00))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/40 (Conformado o impregnado por comprensión (B29C 70/34 tiene prioridad))

PDF original: ES-2525147_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo para la fabricación de piezas de construcción que contienen plástico La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de piezas de construcción que contienen plástico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 así como un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 7. 5

Se pueden conseguir piezas de construcción de plástico mediante deposición capa a capa de cintas de polímero. Esta manera de fabricación es particularmente adecuada para la fabricación de piezas de construcción de plásticos compuestos de fibras. De este modo se han establecido, por ejemplo, en la técnica de navegación aérea y espacial, piezas de construcción compuestas de fibras de alto rendimiento que son particularmente adecuadas en cualquier sitio 10 donde se requiera un peso reducido con una capacidad de solicitación mecánica al mismo tiempo elevada. Sin embargo, actualmente, esta tecnología de fabricación se emplea más bien en un alcance reducido a causa de los elevados costes de dicha fabricación. Por lo tanto, se pretende diseñar tales métodos de fabricación de la manera más automatizable posible. Durante la fabricación, las cintas de polímero se presionan sobre un molde, se depositan de manera 15 automatizada y se cortan después de la deposición. Para la fabricación de piezas de construcción planas se depositan varias cintas de polímero de modo adyacente tope con tope. El espesor de la pieza constructiva se genera mediante deposición de varios estratos los unos sobre los otros. De este modo se pueden conseguir también refuerzos locales de la pieza de construcción, por ejemplo, mediante configuración de una estructura nervada. 20

La producción automatizada de piezas de construcción compuestas con una superficie no plana mediante deposición de cintas de polímero está muy inhibida en particular debido a la problemática de la fijación del primer estrato. Por norma general, la forma de las piezas constructivas se predefine por una herramienta metálica de conformado. Ya que las cintas de polímero, en particular en caso de geometrías muy curvadas de la pieza constructiva para la 25 fijación del primer estrato sobre la herramienta de conformado no se adhieren suficientemente, para la fijación de las primeras cintas de polímero depositadas de forma plana de manera adyacente así como dado el caso, más allá de esto, también durante la deposición de otras capas, se tiene que procurar conseguir la adherencia de la pieza de construcción a producir en la superficie de la herramienta. A este respecto, el mecanismo de adherencia tiene que ser 30 automatizable y reproducible.

En particular en caso de cintas de polímero reforzadas con fibras aparecen, dependiendo del radio de doblamiento en la superficie de la herramienta, tensiones propias de diferente magnitud en dirección de la fibra. Pero la fuerza de adherencia para las cintas de polímero tiene que ser, en cualquier punto de la superficie de la herramienta, tan grande que no sea posible una 35 liberación automática de las cintas de polímero de la superficie de la herramienta. A las tensiones propias aplicadas geométricamente de las cintas de polímero se añaden dado el caso también tensiones propias que son aportadas por el propio proceso de fabricación y que pueden causar asimismo un desprendimiento de las cintas de polímero depositadas. Se han seguido diversos métodos para resolver la adherencia del primer estrato. 40

Un procedimiento para la deposición de cintas de termoplástico se desvela en la patente DE 101 29 514 A1. A este respecto está previsto atemperar una plataforma de herramienta a un intervalo de 50 º C por debajo a 40 º C por encima de la temperatura de cristalización del termoplástico a procesar y conseguir, por ello, una adherencia de las cintas de termoplástico depositadas. La adherencia se ha de reducir durante la refrigeración de la plataforma de 45 herramienta, por lo que se ha de posibilitar un desprendimiento sencillo de las cintas de termoplástico depositadas. Sin embargo, dependiendo de la curvatura dada de la superficie de la pieza de construcción, el calentamiento propuesto de acuerdo con el estado de la técnica que se ha mencionado anteriormente de la superficie de la herramienta muchas veces no es suficiente para sujetar permanentemente tanto el primer estrato como, en el transcurso posterior del 50

proceso, la pieza de construcción en parte ya terminada de crear, por completo en la herramienta de conformado. Las fuerzas de desprendimiento que se causan por las tensiones propias de la pieza de construcción pueden ser, sin más, mayores que las fuerzas de adherencia a causa de la superficie calentada de la herramienta.

En la patente DE 101 29 514 A1 se desvela, además, como estado anterior de la técnica, 5 el empleo de una cinta adhesiva de doble cara que, pegada sobre la superficie de la herramienta, ha de servir como fijación para las cintas de polímero. La fuerza de adherencia de la cinta adhesiva es suficiente para fijar las cintas de polímero también sobre curvaturas y en concavidades de la superficie de la herramienta. Es desventajoso que en caso de formas de la herramienta no desenrollables, la cinta adhesiva se tiene que drapear sobre la superficie de la 10 herramienta. A este respecto se producen, dado el caso, solapamientos o puntos defectuosos que se tienen que compensar para una generación con precisión dimensional de las piezas de construcción. Además, las fuerzas de adherencia de la cinta adhesiva son muy fuertes, lo que dificulta el desmoldeo de la pieza de construcción, en particular con una complejidad creciente de las piezas de construcción y de la herramienta. Finalmente, después del desmoldeo de la pieza de 15 construcción se han de retirar residuos de la cinta adhesiva de la pieza de construcción creada y del molde de la herramienta en una etapa compleja del proceso, lo que dificulta en general la automatización del proceso de fabricación.

Por lo demás, por la patente que se ha mencionado anteriormente es sabido cómo fijar las cintas de polímero aplicadas en el primer estrato sobre la superficie de la herramienta a través de 20 aspiración mediante presión negativa. A este respecto, la herramienta está compuesta de una estructura superficial porosa, a través de la cual se puede generar una corriente de aire y realizarse, así, una presión negativa. Gracias al vacío se aplican y fijan las cintas de polímero sobre el molde de la herramienta. A este respecto es desventajoso que el molde de la herramienta en partes o en su totalidad se tiene que proveer de presión negativa y, por tanto, al comienzo de la 25 deposición de las cintas de polímero, la parte de la superficie de la herramienta no ocupada con cintas es grande. A partir de esto resulta una elevada corriente de fuga que, al comienzo de la deposición de las cintas de polímero, conduce a la generación de una presión negativa solo muy reducida. Por consiguiente, la fuerza de adherencia al comienzo de la deposición de las cintas sobre la superficie de la herramienta es muy pequeña. Por tanto, mediante este procedimiento se 30 puede realizar sólo una fuerza de adherencia de magnitud irregular durante la deposición de las cintas.

Por la patente DE 100 12 378 A1 es conocido un procedimiento en el que se realiza la adherencia de cintas de termoplástico reforzadas con fibras sobre una superficie de herramienta mediante creación de un campo electrostático. Para esto, la superficie de la herramienta se 35 recubre con una capa aislante y se crea una tensión continua entre la herramienta y las fibras de carbono situadas en la cinta de termoplástico a depositar. El campo electrostático dado por ello favorece la adherencia de la cinta de termoplástico sobre la superficie... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la fabricación de piezas de construcción que contienen plástico, en el que se depositan cintas de polímero (20) de un primer material de polímero al menos en un primer estrato de cinta de polímero sobre una superficie de deposición (11) de un elemento de deposición (10) , estando compuesto el elemento de deposición (10) del primer o un segundo material de 5 polímero y permaneciendo en la pieza de construcción (14) , caracterizado por que el elemento de deposición (10) se calienta y se moldea en una superficie de conformado (2) de una herramienta de conformado (1) , prensándose el elemento de deposición (10) calentado mediante una herramienta de prensado (6) que presenta una superficie de prensado (7) complementaria a la superficie de conformado (2) sobre la herramienta de conformado (1) . 10

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el elemento de deposición (10) durante la deposición de las cintas de polímero (20) se fija mediante presión negativa en al menos una superficie de aspiración permeable a aire de la herramienta de conformado (1) , cubriendo el elemento de deposición (10) la al menos una superficie de aspiración por completo o prácticamente por completo. 15

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el elemento de deposición (10) para el moldeo se calienta mediante unos elementos calefactores (8) dispuestos al menos también en la herramienta de conformado (1) .

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que se usa un elemento de deposición (10) reforzado con fibras. 20

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las fibras de polímero (20) que constituyen el primer estrato se sueldan durante la deposición con el elemento de deposición (10) .

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que para la soldadura de la respectiva cinta de polímero (20) con el elemento de deposición (10) , un trozo de cinta de 25 polímero todavía no depositado así como una zona correspondiente del elemento de deposición (10) se funden de manera local directamente antes de la formación del contacto.

7. Dispositivo para la fabricación de piezas de construcción que contienen plástico que comprende:

- una herramienta de conformado (1) con una superficie de conformado (2) , estando 30 configurada la superficie de conformado al menos por zonas como superficie de aspiración permeable a aire, unos medios (4, 5) para la generación de una presión negativa en un espacio de presión negativa delimitado por la superficie de aspiración,

- una herramienta de prensado (6) con una superficie de prensado (7) complementaria a la superficie de conformado (2) , y 35

- medios (9) para el movimiento controlado de la herramienta de prensado (6) en relación con la herramienta de conformado (1) ;

caracterizado por un rodillo de compresión adecuado para la deposición de una cinta de polímero.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que en la herramienta de 40 conformado (1) y/o en la herramienta de prensado (6) están previstos medios calefactores (3, 8) .

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que la herramienta de conformado (1) está constituida por material poroso que, aparte de la superficie de conformado (2) y una abertura de aspiración, está hermetizado por todos los lados.