¿La fibra de carbono compuesta forjada es más barata que las técnicas tradicionales de fibra de carbono?

Al igual que muchos procesos mecanizados, depende bastante del costo y el volumen de las herramientas. Las técnicas de laminado tradicionales requieren mucha mano de obra, lo que limita la producción en masa. En tiradas de alto volumen, los compuestos forjados pueden representar un gran ahorro. También representa un enorme potencial de reducción en el rendimiento.

La razón por la cual los productos de fibra de carbono generalmente no se fabrican con una pistola picadora y un aerosol de resina, que es popular para los productos GRP baratos y grandes, tiene que ver con la diferencia en la fibra misma. El carbono es altamente anisotrópico, mientras que el vidrio es isotrópico. Cuando varía la orientación de las fibras de vidrio cortas, hay una pérdida de rigidez y resistencia debido a las dislocaciones. Con el carbono, la orientación de la fibra es crítica. Si alineas una fibra con la fuerza, puedes lograr UTS. Si gira la fibra 90 grados a la fuerza, obtendrá una resistencia casi nula. Asumirías que a 45 grados obtendrías la mitad de la fuerza, pero no lo haces. Está más cerca del 10% de UTS. De hecho, para lograr el 50% de UTS o más, necesita fibras orientadas a +/- 15 grados desde la dirección de la fuerza. Si combina la orientación de fibra subóptima y las matrices termoplásticas de rendimiento relativamente bajo, es un testimonio del rendimiento de la fibra de carbono que todavía es viable en absoluto como refuerzo de plástico forjado. La verdad es que muchos compuestos de carbono se fabrican laminando sarga juntos. Esto no es opcional en comparación con la colocación de fibras unidireccionales a lo largo de las rutas de carga. Si compara la fabricación subóptima con el uso de fibras cortas de carbono orientadas aleatoriamente, la diferencia en el rendimiento no parece tan mala, pero si está utilizando fibras de alto rendimiento, optimizadas adecuadamente a lo largo de las rutas de carga, está hablando de un material totalmente diferente .

Casi sería como pedir que el oro sea más caro que la plata. El carbono de arrastre largo optimizado con un epóxico de alto peso molecular es un juego de pelota completamente diferente al juego de carbono orientado aleatoriamente de fibra corta en un termoplástico. Nunca encontrará rotores de helicópteros forjados en carbono utilizando fibra de carbono corta. Favorece fibras largas en epoxi.

No estaba al tanto de este nuevo proceso, así que tuve que investigar un poco para entenderlo. Resulta que es una variación del moldeo de láminas termoplásticas.

Sin duda, es más barato que la fabricación tradicional de CFRP (embolsado al vacío / curado en autoclave) porque requiere mano de obra y capital intensivo, sin embargo, su rigidez / resistencia tampoco está cerca. La presentación de Lamborghini es 30% más barata que RTM.

Este método termina con fibras largas orientadas al azar en una matriz termoplástica, algo similar a lo que ya puede lograr con el moldeo por inyección, aparte de que la longitud de las fibras es mucho más corta en el último.

Las fibras orientadas al azar deberían dar como resultado un laminado CSM (estera de hebra picada) que es de alrededor de un orden de magnitud menos rígido / fuerte que el laminado UD.

Este método excluye una de las razones por las que el CFRP es tan eficiente como material estructural: la capacidad de adaptar la orientación de las fibras en una orientación óptima con respecto a las cargas y de esta manera dar como resultado estructuras 2 veces más eficientes que las metálicas.

He visto composires forjados que fueron impresionantes … porque el proceso se desarrolló correctamente. Pero fueron subcontratados como proveedores, porque su parte procesada era demasiado costosa. El producto final solo necesitaría un par de cientos. No hay suficientes piezas para pagar las herramientas en los precios de las piezas. El proceso fue desechado.

La mayoría de los compuestos forjados que he visto fueron adaptaciones resbaladizas de la formación de prensas. La mayoría funcionaba bien si la profundidad de la fragua era muy superficial. Cualquier cosa muy compleja con dibujos profundos o detalles importantes e incrustados profundos, por lo general, no salió del desarrollo por una lista de razones.

Es una técnica que requiere experiencia para tener éxito, al igual que forjar metal. Pregúntale a cualquier herrero que forja algo si forjará algo pequeño para ti, o copia algo pequeño forjado. Míralo negar con la cabeza (a menos que sea una simple herradura o una empuñadura, algo que ha hecho antes). Puede decir de un vistazo que fallará diez veces, antes de poder hacerlo bien, si es que alguna vez lo hace.

De alguna manera, los plásticos son más fáciles que el metal. De alguna manera más difícil. Hoy en día, si no aborda este tema con análisis microestructural y de fallas, y algo de experiencia, se ha preparado para fallar. Es por eso que las piezas forjadas tienen un precio superior. Cuando se hace bien, son (casi) siempre más fuertes que sus contrapartes mecanizadas.

Dicho esto, una vez que tenga la experiencia y la maquinaria para forjar adecuadamente las piezas compuestas, debería ser tan rentable como el moldeo por inyección o el moldeo a presión, cuando se aplica a piezas fabricadas en miles o más. Mi tarjeta….

Sí, es barato, y también es una basura totalmente inútil. Sin embargo, es posible que aún se le cobre un brazo y una pierna por ello, algo así como la falsificación de ray ban o versache swag: cuidado con el comprador.