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GEMELOS DIGITALES EN LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN ADITIVA PARA COMPONENTES DE FIBRA DE CARBONO: HACIA MOVILIDAD SOSTENIBLE

Ámbito
Nacional
Fecha
-
Sector
Presupesto
96800
Finanaciador

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

Website
Video

INFORMACIÓN DEL PROYECTO

DESCRIPCIÓN

El presente proyecto aborda la implantación de Gemelos Digitales o Híbridos en la fabricación de estructuras de materiales compuestos
de fibra larga de altas prestaciones. Se desarrollará una nueva metodología de fabricación avanzada para la reparación de composites
reforzados con fibra de carbono (CFRP) utilizadas como componentes estructurales en la industria aeroespacial y en los vehículos
eléctricos. Esta tecnología es una solución de conformado de composite fuera de Autoclave basada en la infiltración de resinas líquidas.
Se propone su implantación tanto para estructuras fabricadas con tecnologías convencionales como por fabricación aditiva (ALM, Additive
Layer Manufacturing) en fibra de carbono con matriz termoplástica (PEEK).
Se propone un cambio conceptual basado en el conocimiento de las tecnologías de fabricación de infusión o re-infiltración para la
reparación de grandes estructuras de composites. Este nuevo concepto de reparación lleva consigo asociado el desarrollo de gemelos
digitales (DT, Digital Twins) del material, del proceso de conformado y de la fractura generada por un impacto. Los modelos de cálculo
desarrollados permitirán tanto la simulación del proceso de reinfiltración, el comportamiento mecánico de la estructura antes y después de
la reparación y la estimación de la resistencia frente a posibles nuevos impactos. En el caso particular de las piezas conformadas por
fabricación aditiva el desconocimiento sobre su comportamiento a impacto es muy reducido y no hay referencias sobre las técnicas de
reparación fuera de Autoclave por lo que el proyecto ha suscitado una gran expectativa.
Los procesos de fabricación aditiva han permitido en los últimos años la reducción de costes gracias a la capacidad de generar
geometrías muy complejas y sobre todo la posibilidad de realizar estructuras muy ligeras gracias las técnicas de optimización topológica.
Estos procesos cumplen con el compromiso de la sostenibilidad en la fabricación ya permiten reducir hasta el 90% en ahorro energético y
tan solo un 5% de material de desecho. Por lo tanto, el presente proyecto está perfectamente vinculado al reto transporte sostenible.
Se propone el estudio e implantación de la técnica a los procesos de fabricación avanzada de fibra de carbono con matriz de PEEK por
fabricación aditiva. En este proyecto son fundamentales los conocimientos sobre modelado 3D de micro grietas, impregnación,
crecimiento de grieta, impacto en composite, control de calidad por ensayos no destructivos (ultrasonidos y termografías), modelización
numérica mecánica, procesos de conformado y caracterización de materiales. Por este motivo, es necesario que el grupo de investigación
sea altamente multidisciplinar y que esté bien coordinado. Dada la dificultad de observación de la zona dañada, una vez se haya
generado el gemelo digital, se usarán técnicas de realidad aumentada para asistencia al personal técnico encargado de llevar a cabo la
reparación del componente.
Este proyecto se enmarca dentro de la línea de investigación de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) en el campo de los
composites, en la que se han desarrollado cinco proyectos del Plan Nacional (Ref.: DPI2001-2792, DPI2004-03152, DPI2007-66723-C02-
00, DPI 2010-20333 y DPI2013-44903-R-AR) con el mismo IP y grupo de investigación.

El presente proyecto aborda la implantación de Gemelos Digitales o Híbridos en la fabricación de estructuras de materiales compuestos
de fibra larga de altas prestaciones. Se desarrollará una nueva metodología de fabricación avanzada para la reparación de composites
reforzados con fibra de carbono (CFRP) utilizadas como componentes estructurales en la industria aeroespacial y en los vehículos
eléctricos. Esta tecnología es una solución de conformado de composite fuera de Autoclave basada en la infiltración de resinas líquidas.
Se propone su implantación tanto para estructuras fabricadas con tecnologías convencionales como por fabricación aditiva (ALM, Additive
Layer Manufacturing) en fibra de carbono con matriz termoplástica (PEEK).
Se propone un cambio conceptual basado en el conocimiento de las tecnologías de fabricación de infusión o re-infiltración para la
reparación de grandes estructuras de composites. Este nuevo concepto de reparación lleva consigo asociado el desarrollo de gemelos
digitales (DT, Digital Twins) del material, del proceso de conformado y de la fractura generada por un impacto. Los modelos de cálculo
desarrollados permitirán tanto la simulación del proceso de reinfiltración, el comportamiento mecánico de la estructura antes y después de
la reparación y la estimación de la resistencia frente a posibles nuevos impactos. En el caso particular de las piezas conformadas por
fabricación aditiva el desconocimiento sobre su comportamiento a impacto es muy reducido y no hay referencias sobre las técnicas de
reparación fuera de Autoclave por lo que el proyecto ha suscitado una gran expectativa.
Los procesos de fabricación aditiva han permitido en los últimos años la reducción de costes gracias a la capacidad de generar
geometrías muy complejas y sobre todo la posibilidad de realizar estructuras muy ligeras gracias las técnicas de optimización topológica.
Estos procesos cumplen con el compromiso de la sostenibilidad en la fabricación ya permiten reducir hasta el 90% en ahorro energético y
tan solo un 5% de material de desecho. Por lo tanto, el presente proyecto está perfectamente vinculado al reto transporte sostenible.
Se propone el estudio e implantación de la técnica a los procesos de fabricación avanzada de fibra de carbono con matriz de PEEK por
fabricación aditiva. En este proyecto son fundamentales los conocimientos sobre modelado 3D de micro grietas, impregnación,
crecimiento de grieta, impacto en composite, control de calidad por ensayos no destructivos (ultrasonidos y termografías), modelización
numérica mecánica, procesos de conformado y caracterización de materiales. Por este motivo, es necesario que el grupo de investigación
sea altamente multidisciplinar y que esté bien coordinado. Dada la dificultad de observación de la zona dañada, una vez se haya
generado el gemelo digital, se usarán técnicas de realidad aumentada para asistencia al personal técnico encargado de llevar a cabo la
reparación del componente.
Este proyecto se enmarca dentro de la línea de investigación de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) en el campo de los
composites, en la que se han desarrollado cinco proyectos del Plan Nacional (Ref.: DPI2001-2792, DPI2004-03152, DPI2007-66723-C02-
00, DPI 2010-20333 y DPI2013-44903-R-AR) con el mismo IP y grupo de investigación.

Entidades

UPV

DATOS DE CONTACTO

Juan Antonio García Manrique
IDF Miembro

IDF

CAPACIDADES TECNOLÓGICAS

Robótica
Robótica industrial