Centro de Investigación Metalúrgica

  • 27 de septiembre de 2021

Hibridación de procesos de transformación metálica para fomentar la fabricación inteligente de componentes multifuncionales

El equipo de investigación del proyecto IMAGINE liderado por el Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN, miembro del BRTA, desarrollará procesos híbridos de fundición, forja, estampación, fabricación aditiva y soldadura con el fin de desarrollar componentes de geometrías complejas y características específicas, a costes más competitivos, para sectores como la automoción, la aeronáutica y el oil&gas, entre otros.

La evolución de las tecnologías de fabricación, de la mano del desarrollo de nuevos materiales, hace posible avanzar en la creación de componentes multifuncionales con diseños cada vez más complejos y con propiedades optimizadas, que pueden contribuir a dar respuesta a retos como la reducción de peso o una mayor durabilidad. De este modo, el desarrollo de procesos de fabricación contribuye a crear una industria y una economía más eficiente, sostenible y competitiva.

Cuando se aborda la fabricación de un componente, dada su funcionalidad y características requeridas, se valoran las tecnologías de fabricación más apropiadas, en base a la compatibilidad del proceso de transformación y a las ventajas en prestaciones que ofrece cada una de ellas. Partiendo de que cada tecnología de fabricación presenta sus ventajas y sus limitaciones, se selecciona la tecnología con el mayor compromiso entre los parámetros críticos del diseño y las prestaciones óptimas del componente, siendo el coste de fabricación un elemento determinante.

Con el fin de superar las limitaciones que presentan las actuales tecnologías de transformación, y aprovechando a su vez las sinergias entre estas, el proyecto IMAGINE, liderado por el Centro Tecnológico AZTERLAN, busca proporcionar soluciones tecnológicas de mayor valor añadido para los componentes metálicos y sus procesos de transformación, a través de la hibridación de al menos 2 tecnologías de transformación. 

En palabras de la investigadora de AZTERLAN y coordinadora del proyecto IMAGINE Dra. Ana Isabel Fernández, “cuando hablamos de hibridación de procesos, nos referimos a que el resultado que nos ofrece una tecnología híbrida debe ser superior al que ofrezca la suma de sus tecnologías base. Tampoco debemos confundir hibridación con fabricación de componentes multi-material”. Así, en el seno de IMAGINE “lo que buscamos es mejorar sustancialmente la multifuncionalidad del componente a fabricar, mejorar la flexibilidad del proceso y ahorrar en costes y/o empleo de materiales”.

Hibridación de tecnologías de fabricación maduras y novedosas, referentes en la industria vasca

En el caso de Euskadi, “la transformación de metales es una industria de gran peso en nuestra economía, con una importante presencia de la fundición, la forja y la estampación (y su unión por soldadura). Se trata de tecnologías que cuentan con una importante madurez tecnológica, a las que se ha sumado con éxito la fabricación aditiva, en sus diferentes formas”.

Como indica la Dra. Ana Isabel Fernández, la selección de tecnologías a hibridar y su combinación, junto con la definición de los resultados que el equipo de trabajo espera obtener de dichas hibridaciones ha supuesto un primer paso crítico del proyecto. Finalmente, “hemos definido 4 líneas de trabajo en cuyo desarrollo, de forma paralela y con diferentes objetivos finales específicos, trabajarán 4 equipos especializados”: 

  • Proceso de Fundición + Fabricación Aditiva (láser hilo y WAAM), con el objetivo de tener una mayor flexibilidad para fabricar piezas de gran dimensión con propiedades personalizadas y/o funcionales (aleaciones de aluminio).
  • Proceso de Forja + Fabricación Aditiva (LMD y SLM), que pretende aumentar la flexibilidad de diseño, utilizando bases de forja comunes y de gran resistencia, y el diseño de diferentes variantes de piezas con distintas funcionalidades mediante la deposición por aditiva en componentes críticos para el sector aeronáutico (superaleaciones).
  • Proceso de Soldadura láser (LBW) + Embutición/Estampación, cuyo objetivo es la fabricación de piezas ultraligeras que presenten nervaturas interiores o exteriores soldadas en T sobre chapas planas previamente a su embutición. Adicionalmente se estudian los refuerzos mediante soldadura a solape (acero + aluminio).
  • Proceso de Hidrosolidificación (innovador proceso de fundición) + Forja, donde el objetivo es evitar pasos en forja utilizando piezas fundidas near-net-shape que posteriormente se forjan para conseguir las propiedades finales exigidas a una pieza de seguridad forjada (aleaciones de aluminio).

Imagine Hidrosolidificacion. Ablation technology

Llenado de molde en proceso de hidrosolidificación de aluminio (AZTERLAN)

En todos los casos, el equipo investigador del proyecto IMAGINE pretende no solo avanzar en el diseño, fabricación y estudio de demostradores y piezas test que serán fabricadas con las tecnologías híbridas, sino también en el estudio, simulación, prototipado, ensayo y validación de componentes fabricados mediante estas tecnologías. “Es importante comprender que, en un escenario de hibridación, no contamos con referentes aplicables sobre el comportamiento real de los materiales durante el proceso de transformación ni sobre el comportamiento final de los componentes fabricados, por lo que existe un gran vacío de conocimiento que tenemos que ir desarrollando a lo largo del proyecto”.

El consorcio del proyecto IMAGINE está formado por 4 centros tecnológicos, 2 universidades y 2 unidades empresariales de I+D, con áreas de especialización complementarias y referentes en el ámbito de fabricación avanzada de Euskadi: Los miembros del BRTA, AZTERLAN (líder del proyecto), CEIT, LORTEK, y TEKNIKER, las Unidades I+D empresariales EIPC RESEARCH CENTER y FUNDACIÓN CIE I+D+i, el Dpto. de Ingeniería Mecánica de UPV/EHU y el Grupo de Investigación de Procesos Avanzados de Conformado de Materiales de MGEP. El proyecto cuenta asimismo con la colaboración de un Comité Industrial de Contraste compuesto por empresas referentes de Euskadi con experiencia y capacidades de fabricación en una o varias de las tecnologías en estudio de hibridación.

Con una duración estimada de dos años, el proyecto IMAGINE, Manufacturing for Intelligent Industry (Tecnologías de fabricación híbridas para la industria inteligente), está financiado por el Departamento de Industria del Gobierno Vasco a través del Programa de ayudas a la Investigación Colaborativa en áreas estratégicas - Programa Elkartek. Referencia: KK-2021/00120. Supone una apuesta estratégica de todos los miembros del consorcio, los cuales “estamos muy alineados con el importante potencial de desarrollo tecnológico y aplicación, que los resultados de IMAGINE pueden ofrecernos”.