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El Centro Nacional de Composites fabrica CMC con tecnología AFP

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Los ingenieros del Centro Nacional de Composites (NCC) han fabricado compuestos de matriz cerámica (CMC) utilizando la tecnología de colocación automática de fibras (AFP).

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El avance, una primicia europea, pretende allanar el camino para desbloquear las capacidades de alta temperatura de estos materiales en los motores.

El proyecto, que forma parte del programa de investigación básica del NCC, cuenta con el apoyo de Rolls-Royce, Reaction Engines, MBDA y 3M. El proyecto ha demostrado que un nuevo material cerámico de 3M, basado en óxidos, puede utilizarse en la deposición automatizada.

Mientras que las superaleaciones convencionales a base de níquel tienen una temperatura máxima continua de aproximadamente 800°C, las CMC a base de óxido pueden funcionar a 1000°C, con lo que la mayor temperatura de funcionamiento podría mejorar la eficiencia de los motores aeroespaciales y reducir el consumo de combustible y las consiguientes emisiones de CO2.

Sin embargo, el uso generalizado de los CMC se limita actualmente a aplicaciones de alto valor, como los escudos térmicos y los álabes de las turbinas. La posibilidad de procesar una versión más asequible del material mediante la tecnología AFP reducirá el coste final de fabricación de las piezas de CMC, lo que las convertirá en una propuesta más atractiva para las industrias que requieren componentes que puedan soportar altas temperaturas

Según el NCC, el equipo adaptó la tecnología AFP existente, utilizada habitualmente para procesar compuestos de matriz orgánica, como los materiales epoxídicos reforzados con fibra de carbono, para procesar el material de 3M

También investigaron cómo los parámetros del proceso, como la velocidad, el calor y la fuerza de compactación, influyen en la deposición y la calidad del material. Identificar los parámetros óptimos de deposición reduce la variabilidad del material, eliminando uno de los mayores retos para que los CMC se utilicen más ampliamente, dijo NCC. Esto también podría reducir su coste y generar menos residuos.

"En el próximo año esperamos utilizar nuestros parámetros de fabricación optimizados para crear geometrías aún más complejas, empezando por las superficies curvas, con el fin de representar más fielmente las piezas industriales", afirmó el Dr. Dave King, jefe de capacidad de ingeniería de materiales avanzados del NCC

"Con el apoyo de 3M, también estamos investigando formatos de material más amplios para reducir el número de uniones entre cintas en el material y aumentar su rendimiento. Estos factores son fundamentales para su implantación en la industria"

Angus Braithwaite, ingeniero superior de materiales de Reaction Engines, añadió: "Junto con el desarrollo de sus sistemas de propulsión de alta velocidad con respiración de aire, Reaction Engines reconoce que los CMC desempeñarán un papel importante en la optimización del acceso al espacio, los vuelos de alta velocidad y otras aplicaciones aeroespaciales de vanguardia.