Cómo se fabrica cada producto · Guía
¿Cómo se cosen los materiales compuestos? Procesos y máquinas
Cómo se cosen, se cortan y se refuerzan la fibra de carbono, la fibra de vidrio y otros materiales técnicos, con las máquinas y los robots que se usan en cada paso.
Las piezas de material compuesto se hacen con tejidos de fibra de carbono, de vidrio, de aramida (Kevlar®) o con fibras naturales. Antes de impregnarlas con resina se preparan en seco: se cortan, se apilan y se cosen para que no se muevan y para reforzarlas donde la pieza va a trabajar más. Así salen piezas ligeras y muy resistentes para aviación, automoción o energía eólica.
Esta guía repasa las técnicas del folleto de KSL, la división de PFAFF en Lorsch (Alemania) que hace instalaciones especiales: cabezales de robot que cosen por una sola cara, cortan con ultrasonidos o colocan cinta, y unidades CNC de pespunte de gran formato. Son instalaciones a medida, así que aquí no hay producciones por turno. Cuando en nuestro catálogo hay máquinas que sirven para la misma operación, van al final de la tabla.
Las fases del proceso
- 1. Robots para trabajar en 3D
- 2. Coser por una sola cara
- 3. Cortar y reforzar
- 4. Coser en plano con pespunte
- 5. Pruebas antes de comprar
1. Robots para trabajar en 3D
Los cabezales de KSL van montados en un robot. El robot mueve el cabezal sobre la pieza y su movimiento va sincronizado con la costura, así la puntada sale siempre del mismo largo aunque la pieza tenga curvas. Los cabezales se cambian solos, de modo que la misma instalación puede coser, cortar o colocar cinta.
Robot, ejes lineales y pórtico
La instalación básica es un robot 3D en un puesto fijo. Para piezas largas se le añaden ejes lineales o de giro, y para piezas grandes se monta en un pórtico.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| Robot 3D básico | Trabaja piezas 3D en un puesto fijo |
| Robot 3D con ejes lineales | Para piezas largas, como perfiles y larguerillos |
| Robot 3D con pórtico | Para piezas grandes |
2. Coser por una sola cara
En una pieza 3D o en una pieza colocada sobre un molde no se puede pasar un garfio por debajo. Estos cabezales cosen desde arriba con un solo hilo.
Puntada ciega
Una aguja curva mete el hilo desde arriba y lo saca por el mismo lado. Une casi cualquier compuesto, de perfiles y larguerillos a piezas 3D complejas.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| KSL RS 512 | Cabezal de puntada ciega, cadeneta de un hilo |
Cadeneta de dos agujas
Una aguja mete el hilo en el material y una segunda lo recoge y lo sube a la superficie. Une perfiles, larguerillos y piezas 3D complejas.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| KSL RS 530 | Cabezal de dos agujas, cadeneta de un hilo |
Tufting: refuerzo en Z
La aguja atraviesa el material y deja una lazada de hilo al fondo, dentro o fuera de la pieza. Las lazadas refuerzan el compuesto a lo largo de su grosor.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| KSL RS 522 | Cabezal de tufting para refuerzo en Z |
3. Cortar y reforzar
Los mismos robots llevan cabezales para cortar el tejido seco o preimpregnado, colocar cintas de refuerzo y meter pequeños pernos en piezas sándwich.
Corte por ultrasonidos
La cuchilla vibra por ultrasonidos y corta sin apretar el material, con el borde limpio. Corta casi cualquier compuesto, seco o preimpregnado, en muy poco tiempo y con poco consumo.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| KSL RC 590 | Cabezal de corte por ultrasonidos |
Colocación de cinta
Coloca en el molde cintas con aglutinante o termoplásticas para reforzar zonas concretas de piezas pequeñas y medianas. El robot decide la orientación de cada cinta.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| KSL RC 582 | Cabezal de colocación de cinta |
Z-pinning
Mete pequeños pernos en piezas sándwich con ayuda de ultrasonidos. Los pernos refuerzan la pieza a lo largo de su grosor.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| KSL RP 591 | Cabezal de Z-pinning por ultrasonidos |
4. Coser en plano con pespunte
Para coser tejidos de carbono y de vidrio en plano se usan unidades CNC de pespunte de gran formato. El cabezal giratorio hace que la puntada salga igual en cualquier dirección.
Unidad de pórtico de 8 × 3,5 m
La KSL 110 tiene un área de trabajo de 8 × 3,5 m y cabezal giratorio. Una cinta sostiene todo el tejido y lo mueve sin dañarlo, y un sensor vigila la tensión del hilo y para la máquina si se sale de los límites.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| KSL 110 | Unidad CNC de pórtico, pespunte, con cabezal giratorio |
| PFAFF 3590 Portal | Costura automática de gran formato, desde 1.200 × 700 mm |
| Typical TC12080 | Cosedora de patrones de gran formato |
Unidad CNC de 3.000 × 1.000 mm
La KSL 311 lleva cabezal fijo o giratorio y cose costuras de seguridad, funcionales o de adorno, seguidas o a intervalos. La máquina se mueve en X y el portapiezas en Y, hasta 3.000 × 1.000 mm.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| KSL 311 | Unidad CNC de pespunte con cabezal fijo o giratorio |
| Dürkopp Adler 911-211-10 | Unidad CNC para material pesado |
| Vetron 5214 | Unidad de costura CNC programable |
| Juki PLK-J12060 | Cosedora de patrones de campo grande |
5. Pruebas antes de comprar
Con materiales tan caros conviene probar antes de invertir en una instalación.
Laboratorio de KSL
En el laboratorio de KSL en Lorsch se hacen estudios de viabilidad, prototipos y series cortas, y se diseñan los cabezales especiales de cada instalación. En el centro de pruebas de PFAFF se ensaya también qué método de soldadura va mejor para cada material.
| Máquina | Para qué |
|---|---|
| Laboratorio KSL | Estudios de viabilidad, prototipos y series cortas |
| Centro de pruebas PFAFF | Ensayos de costura y soldadura con el material del cliente |
Fotos: PFAFF y KSL (folleto «Composites»).
Preguntas frecuentes
¿Qué es un material compuesto?
Es un material hecho de fibras, como carbono, vidrio, aramida o fibras naturales, unidas con una resina. Las fibras dan la resistencia y la resina las mantiene en su sitio. Con ellos se hacen piezas muy ligeras y resistentes.
¿Por qué se cose la fibra de carbono antes de impregnarla?
Para que las capas de tejido no se muevan al manipularlas y para reforzar la pieza a lo largo de su grosor, que es su punto débil. La costura también une piezas que después se curan juntas.
¿Qué es coser por una sola cara?
Es coser sin acceso a la parte de abajo de la pieza. El cabezal mete el hilo y lo saca por el mismo lado, con una aguja curva o con dos agujas. Así se cosen piezas 3D o piezas colocadas sobre un molde.
¿Qué es el refuerzo en Z?
Es un refuerzo que atraviesa el grosor de la pieza, con hilo (tufting) o con pequeños pernos (Z-pinning). Evita que las capas del compuesto se separen.
¿Se pueden coser materiales compuestos con una máquina convencional?
En piezas planas sí, con unidades CNC de pespunte de gran formato y cabezal giratorio. Para piezas 3D hacen falta cabezales de robot que cosen por una sola cara.
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