Desarrollo de una metodología global aplicada a piezas de gran formato obtenidas por fabricación aditiva para el sector aeronáutico

O Porriño, 17 de abril de 2023.- Las tecnologías de Fabricación Aditiva (FA) están transformando el cómo los productos son diseñados, fabricados y entregados. La FA permite una producción bajo demanda y flexible, funcionalidades o diseños impensables hasta la fecha y el ahorro de material y utillajes de fabricación.

Aunque existen tecnologías de FA aplicables a metales con más implementación industrial, como la fusión con láser en lecho de polvo (PBF), los procesos de deposición directa de energía (DED) aportan unas ventajas específicas como: (1) posibilidad de fabricación de piezas de tamaño medio-grande; (2) posibilidad de reparación y reconstrucción de partes concretas de una pieza; (3) uso de instalaciones “a medida” a partir de componentes industriales de amplio espectro e instalaciones láser existentes; (4) posibilidad de fabricar componentes multi-material, multi-funcional y con función gradiente, y (5) mayor tasa de deposición.

Sin embargo, para la amplia industrialización de la FA es necesario desarrollar herramientas digitales para predecir, corregir y gestionar la fabricación de piezas impresas sin defectos. Esto implica el uso de herramientas como la optimización topológica (OT), el diseño para la fabricación aditiva (DpFA), tecnologías de monitorización y herramientas de simulación por elementos finitos. Esta carencia se ve exacerbada para tecnologías DED más enfocadas a piezas de gran formato cuya historia térmica y predicción de su comportamiento mecánico en un tiempo de computación aceptable es muy complejo.

Por todo esto, el proyecto GRANADA pretende aportar una solución global para la fabricación de piezas de gran formato, geometría compleja y materiales de alto valor añadido utilizadas en el sector aeronáutico, mediante tecnología WLAM (Wire Laser Additive Manufacturing). Esta solución global abarcará desde el diseño y optimización de piezas, la simulación del proceso de FA por láser, la implementación de sistemas de monitorización del proceso hasta la validación funcional de las estructuras fabricadas. Esta será validada a través de dos demostradores con dos materiales de alto valor añadido Titanio e Invar utilizados en el sector aeroespacial.

El proyecto GRANADA pretende responder a las exigencias de esta industria enmarcándose dentro de una de las prioridades tecnológicas de la convocatoria recogida en el Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación (PEICTI) 2021-2023 y la correspondiente acción estratégica AE4: Mundo digital, industria, espacio y defensa cuyas líneas estratégicas se alinean con GRANADA en el ámbito de la Digitalización de procesos, modelización y análisis matemáticos y nuevos materiales y técnicas de fabricación.

El proyecto está basado en dos pilares fundamentales que se deberán validar conjuntamente:

• Simulación del proceso WLAM de piezas de gran formato, para ayudar a definir las estrategias de fabricación y los parámetros óptimos del proceso WLAM para el desarrollo de las piezas de gran formato. Se utilizarán modelos basados en Métodos de Elementos Finitos (FEM) para predecir el comportamiento a nivel distorsiones.
• Desarrollo del proceso de fabricación aditiva WLAM para materiales de alto valor añadido utilizados en el sector aeronáutico. La tecnología principal en la que se sustenta el proyecto GRANADA es la deposición directa de metal asistida por láser utilizando hilo como material de aporte (WLAM). En la industria aeronáutica y aeroespacial es común la utilización de materiales reactivos como el caso del Titanio por lo que necesitan cámara inerte durante su procesado para evitar la oxidación. Para evaluar la correcta inertización se desarrollará una metodología demonitorización que permita evaluar el contenido en elementos (especialmente oxígeno) presentes en el plasma que se genera al procesar metales con láser. Esta tecnología no es solo aplicable al control de atmósfera en cámara cerrada, sino que su uso puede extenderse al control de atmósfera de protección localizada que es la forma de trabajar habitual en procesado mediante WLAM de materiales no reactivos.

Para lograr su objetivo principal, GRANADA cuenta con un consorcio multidisciplinarcomplementario que combina la experiencia y conocimientos de entidades especializadas en diferentes ámbitos complementarios: simulación de procesos de FA, desarrollo de procesos de FA, tecnología de procesado láser, sistemas de monitorización que garanticen la calidad de las piezas fabricadas, desarrollo de soluciones digitales de todo el proceso productivo, automatización etc.

• CiTD, empresa con base en Getafe, líder en la provisión de servicios integrales de innovación e ingeniería de producto, que nace en 2015 como continuidad a la actividad que durante más de una década venía realizando la ingeniería ITD en el sector aeroespacial y defensa.
• CATEC, es un centro tecnológico establecido y gestionado por la Fundación Andaluza para el Desarrollo Aeroespacial (FADA) experto en tecnologías de fabricación aditiva.
• AIMEN, situado en O Porriño (Pontevedra), es un Centro de Innovación y Tecnología con una alta especialización en el campo de los materiales y las tecnologías de fabricación avanzada.

El proyecto GRANADA está financiado con fondos de la convocatoria de Colaboración Público Privada 2021 con una duración prevista de 36 meses, abarcando cuatro anualidades diferentes, entre septiembre de 2022 y agosto de 2025 y con un presupuesto total de 559.939 €.

Consorcio

Financiación:

«Proyecto GRANADA CPP2021-008841, financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea “NextGenerationEU”/PRTR»