Regulación ambiental acelera el uso de composites en automotriz

Ago 30, 2015 admin Automotriz 0

Ante el reto de reducir el consumo de combustible de los vehículos que para 2025 serán 25 millas por galón en Estados Unidos, de acuerdo con la legislación ambiental de ese país, el sector automotriz incrementa la utilización de fibra de carbono en partes y componentes. Ya existe la tecnología para tener altos volúmenes de producción con materiales compuestos.

Vanja Ugresic es Gerente de Operaciones en FPC@ occidental; antes era la responsable de la planificación, ejecución y evaluación de las pruebas de fabricación a escala industrial completa en el campo de los plásticos reforzados con fibras moldeadas por compresión. (Foto: VI)
Koichi Akiyama, director de Investigación de Mitsubishi Rayon. (Foto: VI)
Al 4º Simposio y Exposición de Manufactura de Autopartes asistieron más de 800 personas. (Foto: VI)

Por: Silvia Ortiz/Enviada

QUERÉTARO, Qro. (31/08/2015).- Si bien las industrias aeroespacial y del deporte son las que registran el mayor crecimiento en la utilización de materiales de fibra de carbono, el sector automotriz, de energía eólica y calderas, no se quedan atrás en el uso de estos materiales compuestos. En Europa y Estados Unidos ya existe la tecnología para lograr altos volúmenes de producción.

En el caso de la industria automotriz, empresas como BMW, Volkswagen y Nissan recurren a la fibra de carbono para reducir el peso de los vehículos y su consumo de combustible. Y es que las nuevas regulaciones ambientales como la norma americana de eficiencia de combustibles Corporate Average Fuel Economy (CAFE), limitan la cantidad de emisiones por carro.

De acuerdo con Vanja Ugresic, Manager of Operations, Fraunhofer Project Centre for Composites Research at Western (FPC), “en Estados Unidos para 2016 los vehículos deberán tener una eficiencia de 36 millas por galón y para el 2025 ya sube a 55 millas por galón; eso significa que solamente nos quedan 10 años para poder incrementar drásticamente la eficiencia en el consumo de combustible en los carros”.

Durante su participación en el 4º Simposio y Exposición de Manufactura de Autopartes 2015, que se llevó a cabo los días 26 y 27 de agosto en esta ciudad, Vanja Ugresic, enumeró algunas estrategias de cómo la industria automotriz puede mejorar la eficiencia de los automóviles, destacando la utilización de materiales más ligeros cuyo objetivo es reducir emisiones.

Tenemos que considerar un enfoque holístico; tenemos que considerar el uso de compuestos que tengan materiales y procesos que van de la mano, porque sin métodos y sin simulación no podemos diseñar las partes correctas con el uso de compuestos. Otro aspecto sumamente importante es considerar el concepto multi-material, no vamos a reemplazar un metal (…) uno a uno, sino que tenemos que ver todo el vehículo como una estructura y considerar e cambio de una pieza en relación al resto del vehículo.

Mencionó que los desafíos ante este situación “es tener tecnologías confiables y consistentes que sean económicamente viables y que puedan producirse en altos volúmenes, así como la capacitación de los diseñadores –que han utilizado metal (acero)— en el uso de materiales compuestos, en los cuales es muy importante la optimización por los costos que éstos tienen, sobre todo cuando se habla de la fibra de carbono. Tenemos que tener un aseguramiento de la calidad…(sic)”.

Por su parte, Koichi Akiyama, director de Investigación de Mitsubishi Rayon, al participar en el evento citado con la conferencia: Desarrollos en tecnología de compuestos reforzados, preimpregnados para producción en línea, informó que “recientemente todos los fabricantes de equipo original están utilizando estos compuestos de fibra de carbono para piezas automotrices porque este compuesto tiene ventajas únicas, la primera ventaja de la fibra de carbono es que tiene una resistencia mecánica muy fuerte, muy alta; esa es la razón primordial de por qué quieren usarlo para piezas automotrices”.

Ante directores de planta y gerentes de operaciones de la industria automotriz, el experto expuso que Mitsubishi Rayon es una de las fabricantes más importantes de acrílicos y monómeros, pero también “hacemos una fibra de carbono”.

Esta área es una parte muy pequeña de Mitsubishi Rayon, sólo representa el 10%, pero está creciendo en el negocio de fibra de carbono “como parte medular de nuestra estrategia”, comentó.

A pesar de que en el negocio de Mitsubishi Rayon la fibra de carbono es una parte pequeña, la empresa es una de los productores más importantes del mundo. “Estamos haciendo fibra de carbono en Japón y en Estados Unidos, en California y nuestra capacidad de producción de fibra de carbono es de 8,000 toneladas cúbicas en Japón y 2,000 toneladas cúbicas en EU. Compartimos el 10% de participación de mercado actualmente, dice Akiyama, luego de destacar las fortalezas de la compañía: “es la integración que logramos a nivel vertical, producimos desde materiales muy chiquitas de fibras de carbono hasta compuestos totales y productos”.

Con esta información por delante, el experto explicó que existen dos tipos distintos de fibras de carbono; uno se basa en el PAN –(poliacrilonitrilo), un polímero usado para crear muchos materiales sintéticos— y otro en Pitch –es una mesofase de la brea-alquitrán (petroleum-pitch y coal-pitch). La mesosfase líquida cristalina de alquitrán se utiliza para obtener fibras de alto módulo. Petróleo, carbón mineral y policloruro de vinilo son las fuentes comunes del alquitrán—. El que tiene su base en PAN, dijo, tiene una mayor resistencia. Y la de Pitch un módulo de elasticidad superior, aunque éste es más caro. Para aplicaciones automotrices el que mejor queda es el PAN. “Recientemente todos los fabricantes de equipo original están utilizando estos compuesto de fibra de carbono para piezas automotrices. ¿Por qué?, porque este compuesto tiene ventajas únicas: resistencia mecánica muy alta”, explicó.

Moldeo por compresión, formas más sofisticadas

Describió que con la tecnología moldeo por compresión (PCM) para aplicaciones estructurales se ven formas más sofisticadas y se lleva un proceso de preformado seccional, con lo que se pude preformar por compresión para poder llegar a la forma que se necesita.

Esta es una idea para las aplicaciones de alto volumen. Podemos instalar diferentes líneas de compresión, las líneas de preformado no son caras; entonces cada una puede ser una preforma en secciones pequeñas y seguramente las pequeñas piezas pueden manejarse en cada una de las líneas y poder hacer una preforma para cada una de las línea y llegar así a una unidad combinada y lograr la preforma deseada (sic),

explicó. Citó como ejemplo de esta tecnología el modelo de Nissan Motor 2014 GT-R cuya tapa de la cajuela se manufacturó con el proceso de PCM.

SMC para formas complejas

Mencionó como otra tecnología al moldeado híbrido, con la que se pueden moldear diferentes piezas; las partes fuertes, pero no las complejas. Agregó que la tecnología SMC puede manejar formas complejas. “Aquí las propiedades del material no son tan altas; entonces hemos desarrollado una nueva tecnología para poder hacerlo con un solo disparo de forma tal que se pueda tocar el centro de la pieza; permanece fuerte esta tendencia, pero sí podemos moldear toda la forma para llegar a lo deseado”, indicó. Agregó que “en el moldeado híbrido podemos utilizar dos diseños diferentes; en el de la izquierda utilizamos una cantidad pequeña de la resina para el área precomprimida y en el otro diseño podemos utilizar SMC y poner más materiales; tres materiales, alta resistencia y SMC es mucho más barato que el otro proceso, entonces el diseño de la izquierda es un diseño más competitivo en cuanto a costos”, comentó tras destacar que la tecnología SMC es mejor para las aplicaciones de alto volumen.

“El moldeo por compresión en el que se puede utilizar el SMC o el SFRP o la combinación de ambos. Y también estamos desarrollando tecnologías de automatización para el PCM y también tecnologías de análisis para poder diseñar las partes compuestas…”.

Vanja Ugresic, puso como ejemplo a la armadora BMW y dijo que esta empresa hace piezas con materiales compuestos en 1.5 minutos. Agregó que las tendencias del uso del SMC es en piezas más complejas, en camiones y en autos. “Los Tier 1 y los OEM´s están buscando SMC de baja densidad; la densidad es de 1.8, pero nos gustaría darles las fórmulas entre 1.5 de densidad…También estamos trabajando en el uso de diferentes sistemas de resina poliuretano (PU) y (…) para hacer placas y utilizarlas en el molde de compresión.

“Bueno, creo que esta es la tecnología de punta y realmente ha tenido mucho interés porque BMW utiliza sus series para hacer el marco de la carrocería con esta tecnología; es un moldeo de transferencia de resinas. Y Para poder hacer una pieza con este proceso, existen dos procesos que son necesarios; la primera sección va a crear una preforma tridimensional y la segunda sección va a infiltrar esta preforma tridimensional con un tipo específico de resina.

“Entonces, para poder crear una preforma tridimensional tradicionalmente se utiliza también una base manual para poder lograr las altas producciones. Es importante utilizar tecnología automatizada para poder lograr esta preforma tridimensional”, aclaró la experta tras asegurar que esta tecnología ya está disponible en el mercado y que se puede utilizar por todos en sus procesos. Es una tecnología sumamente interesante, indicó, luego de agregar que el instituto de investigación ha desarrollado un centro de preforma totalmente automatizado, con esta tecnología todo lo que necesitan hacer ustedes es poner un rollo de tela en la máquina y el resto de las operaciones son automáticas.

Los retos en el preformado

“La estructura para los techos para la carrocería del automóvil, esta es una tecnología relativamente nueva de preformado, en la que hay algunos retos debido a la deformación de las fibras, entonces las fibras se pueden mover; y podemos tener deformaciones en una sola fibra, también deslizamiento de fibras relativas, etcétera, todo esto puede afectar la pieza”, explicó y aclaró que para compensar estos defectos se tiene la preforma secuencial; que se divide en dos secciones; la parte de arriba se va a seccionar en partes pequeñas y vamos a comenzar a preformar cada sección por separado para tratar de quitar las arrugas; entonces no nada más es cerrar una sola vez, sino cerrar en partes específicas y esto ayuda a mantener las fibras como las queremos tener”, detalló al presentar un ejemplo de una cajuela del sector automotriz hecho en el centro de Alemania, en el que se pudo apreciar el preformado y la infiltración.

Insistió en que “en los próximos 10 años tiene que acelerar el uso de materiales compuestos para poder cumplir con las regulaciones ambientales, en términos de la norma CAFE”. La estudiosa aprovechó la presencia, en el evento organizado por Grupo Carvajal, de Ceos, directores generales y de operaciones en las plantas de manufactura del sector automotriz para ofrecer el apoyo del FPC@ occidental, localizado en Canadá y Alemania, en donde se cuenta con los equipos más novedosos y se hacen pruebas industriales y desarrollo de nuevos materiales. “Si alguien necesita una prueba puede acercarse con nosotros y saber cómo se comportan estos materiales (composites) dentro de las tecnologías”, refirió.

Mencionó que algunas empresas que consideran hacer inversiones en este tipo de tecnología; antes, dijo, acuden al instituto de investigación (sin fines de lucro) para ver las aplicaciones que tiene. Ofrecen también el Know How a estudiantes. Asimismo, el instituto ayuda a los mercados de Norteamérica en la utilización de nuevas tecnologías y el uso de compuestos en la industria automotriz.

Más información en:

http://www.eng.uwo.ca/fraunhofer/about_us/index.html