PROCEDIMIENTO DISPOSITIVO Y SU USO PARA FABRICAR UNA PIEZA DE MATERIAL COMPUESTO REFORZADO CON FIBRAS.

Procedimiento dispositivo y su uso para fabricar una pieza de material compuesto reforzado con fibras La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para fabricar una pieza de material compuesto reforzado con fibras. Una pieza de material compuesto reforzado con fibras presenta fibras que se unen con una matriz formando un material compuesto. La matriz sirve fundamentalmente para fijar las fibras según su orientación en la pieza conformada, para introducir fuerzas en las fibras, de soporte de las fibras cuando se ven sometidas a compresión y de protección de la pieza de material compuesto reforzado con fibras contra agentes externos. Fibras adecuadas son, por ejemplo, fibras de carbono, fibras de vidrio, aramida fibras metálicas o similares y/o también combinaciones de estas fibras. Procedimientos, dispositivos, estructuras de soporte, también llamados núcleos de bobinado o formas primarias, para fabricar piezas de material compuesto reforzado con fibras se conocen por el manual de materiales compuestos reforzados con fibras, "Handbuch der Verbundswerstoffe, Neitzel, Hanser Verlag 2004. El procedimiento conocido también llamado procedimiento de bobinado- sirve para fabricar piezas conformadas de material compuesto reforzado con fibras, como, por ejemplo, contenedores, tubos, ejes y husillos. La geometría o la sección transversal de estas piezas conformadas la establece el núcleo de bobinado sobre el que se tienden las fibras impregnadas de resina. Para piezas conformadas de forma cilíndrica o cónica con base en un lado el núcleo de bobinado tras el proceso de fabricación se puede extraer de la pieza conformada y se puede volver a usar en otro momento. Para otras piezas conformadas los núcleos de bobinado se quedan en las piezas conformadas. Se les llama núcleos perdidos y pueden mejorar, por ejemplo, la resistencia a la difusión de una pieza conformada. También se llaman núcleos derretibles. Núcleos de bobinado conocidos del libro de Neitzel se representan en las figuras 1a-1e. Dentro de los procedimientos de fabricación conocidos están también el bobinado de contorno y el bobinado en cruz en los que el tendedor de fibras tiende una o varias fibras sin fin, haces de fibras paralelas (rovings), filamentos o tiras de tejido de fibras a un ángulo predeterminado sobre un núcleo de bobinado en rotación conocido. La velocidad de avance del tendedor de hilos según la dirección longitudinal y su velocidad tangencial alrededor del núcleo de bobinado determinan la distancia entre las fibras tendidas y el paso de las fibras tendidas siguiendo una hélice. La matriz prevista para la inclusión de las fibras está hecha, por ejemplo, de mezclas de resinas sintéticas adecuadas. Sistemas de matrices adecuadas son a las que se puede dar forma al bobinar, que le dan después de endurecerse la forma a la pieza de material compuesto reforzado con fibras y aseguran una transmisión de fuerzas entre las fibras y las capas de fibras. En un sistema de material termoestable conocido se usan haces de fibras paralelas impregnados con resina de reacción, Para esto se van desenrollando los haces de fibras paralelas de un bobinado, luego se hacen pasar por un baño de resina de reacción y después se aplican al núcleo de bobinado. Alternativamente tejidos termoestables impregnados previamente, es decir, fibras que ya se han impregnado previamente también se pueden aplicar al núcleo de bobinado. El endurecimiento de la resina hasta formar la matriz se hace dependiendo de la resina usada en condiciones ambientales (a temperatura ambiente) o en un horno, por ejemplo, autoclave, a alta temperatura, eventualmente, a subpresión o a sobrepresión. Además hay otros procedimientos conocidos para endurecerla, por ejemplo, mediante radiación ultravioleta o radiación electrónica. En los sistemas de matrices termoplásticos, antes del procesamiento se calientan los haces de fibras paralelas impregnados previamente. Los haces de fibras paralelas (también llamados cintas (tapes)) se aplican junto con la matriz (la resina) sobre el núcleo de bobinado, es decir, la forma primaria en sí, y se fusionan entre sí en él, y eventualmente también con la matriz de una capa tendida ya sobre la forma primaria. Los procedimientos de bobinado conocidos quedan limitados por motivos técnicos a longitudes del núcleo de aproximadamente 6 m (Neitzel, Sección: 18.4). Para dimensiones mayores el núcleo se vuelve pesado y es particularmente difícil de retirar de piezas conformadas finas y alargadas. Además el coste de fabricación de los núcleos de bobinado (que sirven de estructura de soporte durante el conformado) es considerable. El documento US 2004/0247866 A1 describe un procedimiento y un dispositivo para fabricar bases de material compuesto reforzado con fibras de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 7. Las bases se forman a partir de fibras axiales tensadas que forman el esqueleto de soporte y por fibras enrolladas en distintas direcciones por encima. Para fabricar bases de diámetro variable como cónicas u otras se emplea un sistema de soporte externo para soportar las fibras enrolladas en una serie de puntos. El documento WO 93/09932 A1 describe un procedimiento para fabricar una pieza alargada a partir de material reforzado con fibras en particular se tensa, configura y endurece un tubo de tejido hecho de fibras axiales y enrolladas alrededor de ganchos. El tubo del tejido sirve después de endurecido como mandril de bobinando para 2 E09718624 26-12-2011   otras capas de fibras. El objetivo de la invención es proporcionar una estructura de soporte alternativa que se pueda usar también como núcleo de bobinado y partiendo de ella un procedimiento alternativo y un dispositivo alternativo para fabricar un material compuesto reforzado con fibras. De acuerdo con la invención este objetivo se consigue respectivamente gracias al objeto de las reivindicaciones 1 y 7. La invención parte así de una estructura de soporte de fibras tensadas que sustituye al núcleo de bobinado o la forma primaria en cierto modo. Para esto se disponen las fibras tensadas, por ejemplo, entre dos dispositivos tensores de acuerdo con la geometría deseada y después se tensan con una determinada fuerza de tracción de modo que la envolvente de la estructura formada por el conjunto de fibras tensadas corresponda con la forma primaria de la pieza de conformado de material compuesto reforzado con fibras qye hay que fabricar. Se pueden emplear también más de dos dispositivos tensores, puntos de tensión o puntos de desviación para la configuración de la estructura de soporte según la invención. Los dispositivos tensores, puntos de tensión y/o de desviación pueden ser fijos o ajustables en una, dos o las tres direcciones del espacio. Ya que la estructura de soporte define sobremanera la configuración final -como también lo hacen el resto de las estructuras del núcleo conocidas que son necesarias, (núcleo de bobinado/forma primaria)- de la pieza de material compuesto reforzado con fibras se pueden aplicar a ella otras fibras, haces de fibras, haces de fibras paralelas, cintas, o tejidos impregnados previamente de una forma en principio conocida y unirse a ellas, por ejemplo, por laminación, tejido, tricotado, trenzado, etc. La estructura de soporte en sí pasa entonces a formar parte de la pieza de material compuesto reforzado con fibras. Las limitaciones geométricas o constructivas como las que resultan del uso de núcleos perdidos o que se pueden retirar desaparecen prácticamente. El procedimiento permite a través de la configuración de la geometría de la estructura de soporte unas geometrías de la sección transversal prácticamente arbitrarias: huecas, abiertas cerradas, y también macizas sin limitaciones de longitud. En particular la geometría de la estructura de soporte no queda limitada a las llamadas superficies matemáticas regulares. Por las propiedades físicas especiales de las fibras, muy estables a tracción, (fibras de alta resistencia) resulta una desviación muy pequeña entre la dirección efectiva según la que se prolongan las fibras y la dirección de tensionado deseada, y por tanto, por ejemplo, el llamado combamiento de las cuerdas de fibras tensadas (por ejemplo en la dirección X del espacio y/o la dirección Y del espacio) y así una alta precisión en la forma de cuerpos alargados. Así, en principio, se pueden eliminar las limitaciones de longitud que existirían para los cuerpos de bobinado. Preferentemente las fibras tensadas de la estructura de soporte contienen o comprenden fibras de carbono. Las fibras de carbono sufren una elongación pequeña y resultan relativamente rígidas para las correspondientes tensiones. De esto resulta una precisión alta a la hora de darles forma, en particular, a las estructuras alargadas. Las estructuras de soporte producidas a partir de fibras... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de una pieza de material compuesto reforzado con fibras en el que se configura una estructura de soporte hecha de fibras (20, 42, 50, 56, 57, 66, 78) tensadas y estas se unen luego con otras fibras (27, 44, 55, 58, 68, 70, 72) aplicándose estas otras fibras paso a paso por zonas de la estructura de soporte y fijándose o endureciéndose la zona correspondiente que finalmente se cubre con las otras fibras, caracterizado porque a continuación se cambia la dirección de las tensiones de las fibras tensadas en las zonas aún no cubiertas de la estructura de soporte y así se cambia la forma de la estructura de soporte. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 en el que las fibras (20, 42, 50, 56, 57, 66, 78) tensadas presentan fibras de carbono. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 en el que las otras fibras presentan fibras de carbono (27, 44, 55, 58, 68, 70). 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores en el que las otras fibras se tienden mediante un tendedor (26) sobre las fibras (20, 42, 50, 56, 57, 66, 78) tensadas. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores en el que la dirección de las tensiones de fibras tensadas sueltas o de todas las fibras tensadas se cambia durante el procedimiento de fabricación. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores en el que piezas mecánicas, en particular, pieza de conformado especiales, tales como articulaciones (para prótesis), o piezas estructurales tales como crucetas o carriles, se incluyen en la pieza de material compuesto reforzado con fibras durante su proceso de fabricación. 7. Dispositivo para fabricar una pieza de de material compuesto reforzado con fibras, en particular, de acuerdo con el procedimiento de las reivindicaciones anteriores con al menos un sistema (10, 36, 56a, 56b) tensor que sujeta una estructura de soporte hecha de fibras tensadas, para tensar las fibras estando diseñado el dispositivo de tal manera que se pueden aplicar otras fibras paso a paso en zonas de la estructura de soporte y que la zona correspondiente que se cubre la última con las fibras adicionales se puede fijar o se puede endurecer caracterizado porque gracias al sistema (10, 36, 56a, 56b) tensor se puede cambiar la dirección de las tensiones de las fibras tensadas en las zonas de la estructura de soporte no cubiertas aún y así se puede cambiar la forma de la estructura de soporte. 8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7 con al menos un primer cabezal (18, 46) que aloja las fibras tensadas y dispuesto en el sistema tensor. 9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8 en el que el primer cabezal (18, 46) está montado en el sistema (10) tensor de manera que puede girar alrededor de un eje tensor y preferentemente se puede acoplar con un primer motor (22) rotativo para hacer girar el primer (18, 46) cabezal. 10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 9 con un segundo sistema (10, 36, 56a, 56b) tensor que presenta un segundo cabezal (18, 46) montado de manera giratoria, de tal modo que la estructura de soporte en su conjunto se puede soportar de manera giratoria entre ambos sistemas tensores. 11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10 en el que el segundo cabezal (18, 46) se puede acoplar con un segundo motor (22) rotativo y al menos uno de los motores (22) rotativos está diseñado o se puede controlar de tal manera que ambos cabezales (18) pueden girar sincronizadamente. 12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 11 en el que al menos un sistema (10, 36, 56a, 56b) tensor está diseñado de tal manera que la dirección de las tensiones de fibras tensadas sueltas o de todas las fibras tensadas se puede cambiar. 13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 12 con un tendedor (26) que se puede mover según la dirección longitudinal de las fibras (20, 42, 50, 56, 57, 66, 78) tensadas para tender las otras fibras (27, 44, 55, 58) sobre la estructura de soporte. 14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 13 en el que el tendedor (26) está dispuesto pudiéndose mover en al menos una dirección del espacio perpendicular a la dirección longitudinal de las fibras (20, 42, 50, 56, 57, 66, 78) tensadas. 15. Uso del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 y/o del dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 14 para fabricar mástiles, cascos de barcos, fuselajes de aviones, alas de aviones, otros cuerpos tridimensionales, placas y prótesis de material compuesto reforzado con fibras. 16. Uso de acuerdo con la reivindicación 15 para la fabricación de capas que quedan parcialmente abiertas, como por ejemplo, estructuras reticuladas, vanos de ventana o rebajes así como estructuras de enganche. 8 E09718624 26-12-2011   9 E09718624 26-12-2011   E09718624 26-12-2011   11 E09718624 26-12-2011   Retirar de los cabezales placa de material compuesto con fibras incorporaras 12 E09718624 26-12-2011   13 E09718624 26-12-2011   14 E09718624 26-12-2011   E09718624 26-12-2011   16 E09718624 26-12-2011   17 E09718624 26-12-2011