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Los nuevos retos tecnol¨®gicos nos llevan a la busqueda de nuevos materiales. El uso de los composites, est¨¢ en constante crecimiento, y seg¨²n las tendencias, seguir¨¢ creciendo en los pr¨®ximos a?os.

En esta b¨²squeda por encontrar materiales que sustituyan a los materiales met¨¢licos, aparecen compuestos para moldeo en masa (BMC, bulk molding compound) y en l¨¢mina (SMC, sheet molding compound), que se formulan a partir de m¨²ltiples componentes. Sus siglas hacen referencia tanto al material como al proceso de fabricaci¨®n, y existen productos derivados de estos como TMC (Thick Moulding Compound), HPC (High Performance Compound) CIC (Continuous Impregnation Compounds) y AMC (Advanced Moulding Compounds). Todos ellos materiales y procesos donde se parte de una mezcla de las fibras discontinuas con la resina o matriz, para luego ser conformado mediante el flujo de este material dentro del molde gracias a la compresi¨®n de este.

Este proceso de fabricaci¨®n relativamente sencillo, barato y r¨¢pido, nos permite obtener componentes de producci¨®n en masa con unas excelentes propiedades de rigidez, resistencia mec¨¢nica y durabilidad. Estos materiales tienen un buen comportamiento frente a la resistencia al fuego y altas temperaturas, un gran aislamiento el¨¦ctrico y estanqueidad, y lo que es crucial, un bajo peso en comparaci¨®n con otros materiales.

En sus comienzos el uso era fundamentalmente en la industria aerona¨²tica y aeroespacial, pero actualmente est¨¢ m¨¢s que extendida su aplicaci¨®n en los sectores de automoci¨®n, construcci¨®n y transporte, hasta equipamientos de precisi¨®n sanitarios y m¨¦dicos, pasando por otras aplicaciones m¨¢s dom¨¦sticas o deportivas.

Problem¨¢tica en la optimizaci¨®n del dise?o y fabricaci¨®n de materiales SMC y BMC

A pesar de lo comentado anteriormente, este nuevo tipo de materiales genera una gran incertidumbre en cuanto al dise?o y el ajuste de los par¨¢metros de fabricaci¨®n que permita cumplir requisitos funcionales y de dise?o, principalmente debido a la aleatoriedad inicial de las fibras y la dif¨ªcil predicci¨®n de sus orientaciones y contenido en fibra tras la fabricaci¨®n. Esto genera una gran incertidumbre en el comportamiento mec¨¢nico que tendr¨¢ la pieza fabricada, ya que la distribuci¨®n de las orientaciones de las fibras va a dar en las diferentes zonas del componente, diferentes propiedades mec¨¢nicas dif¨ªciles de evaluar. Esto provoca que las piezas fabricadas tengan altos m¨¢rgenes de seguridad, y que la confianza, especialmente en aplicaciones estructurales, sea baja.

Adem¨¢s, durante el proceso de fabricaci¨®n existen otros par¨¢metros necesarios de ajustar como la colocaci¨®n inicial de las cargas, velocidad y fuerza de bajada del ¨²til y dise?o de molde, que aseguren una correcta distribuci¨®n de las fibras y un llenado completo de todas las zonas. Y todo ello, en el menor tiempo y con la menor fuerza para reducir el tiempo de fabricaci¨®n y el consumo de energ¨ªa de este proceso.

Al ser materiales relativamente nuevos y sobre todo, debido a la gran variabilidad de piezas y r¨¢pidos cambios de dise?o de un mismo producto, no se consigue una experiencia de fabricaci¨®n suficiente para el dominio de esta tecnolog¨ªa, resultando complejo conocer con certeza el comportamiento y rendimiento que tendr¨¢ la pieza fabricada.

Prototipado virtual como soluci¨®n a la problem¨¢tica real

Actualmente la ¨²nica soluci¨®n que permite aumentar el conocimiento sobre este tipo de componentes y as¨ª optimizar tanto el proceso de fabricaci¨®n como el dise?o del componente, son las soluciones de Simulaci¨®n basadas en el an¨¢lisis por elementos finitos.

ESI como empresa l¨ªder en el prototipado virtual pone en el mercado una soluci¨®n que permite tanto ajustar y optimizar los par¨¢metros del proceso, como conocer con fiabilidad y precisi¨®n el comportamiento mec¨¢nico de la pieza fabricada.

La soluci¨®n de ESI de fabricaci¨®n SMC permite de forma sencilla, sin tener grandes conocimientos en simulaci¨®n basadas en el m¨¦todo de elementos finitos y sin tener que hacer una caracterizaci¨®n exhaustiva de propiedades del material usado en la fabricaci¨®n, conocer como es el patr¨®n y tiempo de llenado, fuerza aplicada sobre el molde, orientaci¨®n y contenido de las fibras, para as¨ª optimizar par¨¢metros como la colocaci¨®n ¨®ptima del n¨²mero y lugar las cargas iniciales, velocidad de bajada y dise?o del molde.

Adem¨¢s existe la posibilidad de acoplar directamente esta soluci¨®n con la soluci¨®n de an¨¢lisis estructural por excelencia y extensamente conocida VPS, para as¨ª permitir a esta soluci¨®n hacer una predicci¨®n precisa del comportamiento mec¨¢nico de este tipo de materiales en nuestro componente (basado en los modelos de Mori-Tanaka y Voigt ), teniendo en cuenta la distribuci¨®n de las orientaciones y contenido en fibra previamente calculadas, sin tener que usar software intermedios de homogenizaci¨®n y caracterizaci¨®n de materiales y haciendo esta herramienta un complemento imprescindible de VPS.

De esta manera, podremos hacer un c¨¢lculo estructural fiable y preciso de nuestro componente, y poder iterar f¨¢cil y r¨¢pidamente, cambiando par¨¢metros del proceso de fabricaci¨®n y as¨ª conseguir la mayor eficiencia en el dise?o de nuestra pieza, ayudando tanto a fabricantes y moldistas, como a cualquier industria que utilice este tipo de materiales dentro de sus productos, a conocer y optimizar la fabricaci¨®n, funcionamiento y comportamiento del producto y su integridad con el resto de componentes.