Un nuevo miembro de la familia de los compuestos técnicos avanzados
La industria en general, y dentro de ella la automovilística y la aeroespacial, se enfrenta al reto de aumentar la productividad sin dejar de cumplir con unos objetivos medioambientales exigentes. El empleo de técnicas convencionales para satisfacer las demandas tecnológicas en su progreso constante no solamente resulta prohibitivo sino que también genera productos secundarios no deseados, así como residuos tóxicos, todo lo cual demanda métodos innovadores. En el marco del proyecto HIPPOCAMP (High-power Impulse Plasma Process Operations for the Creation of Advanced Metallic Parts) se desarrolló precisamente un proceso productivo de alto rendimiento, bajo coste, robusto y a la vez respetuoso con el medio ambiente, tal y como se persigue. Con este proceso se fabricaron nanocompuestos destinados a productos metálicos técnicos, en concreto componentes estructurales para aplicaciones automovilísticas, aeroespaciales, manufactureras y para turbinas eólicas. Una nueva clase de nanocompuestos de «alta rigidez dinámica» Uno de los mayores problemas que plantea la fabricación convencional lo constituyen las vibraciones inherentes a las máquinas herramienta, a los álabes de las turbinas y a otros componentes industriales, que pueden dar lugar a más mantenimiento, menos fiabilidad, menor vida útil y, en definitiva, a mayores costes tanto para los fabricantes como para los consumidores. Una de las principales innovaciones aportadas por el proyecto HIPPOCAMP fue la creación de un material nanocompuesto a base de carbono que combina una rigidez elevada con una alta capacidad de amortiguación, característica que el equipo investigador denomina «alta rigidez dinámica». El profesor Krisztian Kordas, miembro del equipo del proyecto, explicó los aspectos innovadores de esta labor: «El problema, en definitiva, es que existen pocos materiales que cumplan con ambas condiciones, a saber, un factor de pérdida elevado y rigidez estática. Los metales estructurales son rígidos, pero no amortiguan las vibraciones. Los polímeros se comportan justo al revés. Bajo nuestro enfoque, elaboramos materiales a partir de componentes relativamente duros y rígidos que a la vez disponen de una microestructura técnica multicapa que favorece la dispersión de ondas mecánicas, lo cual aumenta el amortiguamiento». En el ámbito del proyecto HIPPOCAMP se logró desarrollar un proceso industrial escalable mediante la combinación de varios métodos novedosos. En primer lugar se empleó una tecnología aditiva nueva, denominada PECVD, que es un método de deposición química de vapor potenciada por plasma que utiliza acetileno, oxígeno, nitrógeno y argón. Este método permitió crear capas gruesas de material a una velocidad de deposición elevada y, al no utilizar gases tóxicos, con un impacto medioambiental mínimo. En segundo lugar se implantó una tecnología HiPIMS (bombardeo magnetrónico por impulsos de alta potencia) a baja temperatura (100 °C) para producir un plasma metal-gas y un flujo de material ionizado a partir de un metal sólido. Controlando la descarga de plasma metálico pulsado y la intensidad del flujo se logró fabricar el compuesto nanoestructurado deseado. Este material se introdujo entonces en el proceso productivo y resultó no solamente ser eficaz como amortiguador de vibraciones sino que además otorgó mejores propiedades sin cambios significativos en el tamaño o masa de los componentes. Componentes metálicos superiores que amplían las fronteras de la producción En el marco del proyecto HIPPOCAMP se consiguió sintetizar una clase nueva de nanocompuestos, denominados materiales HiDS, caracterizados por una alta rigidez dinámica en un rango amplio de temperaturas. Su empleo, incorporándolos a piezas metálicas, permitió elaborar componentes industriales —componentes HiDS— con una relación rigidez-peso elevada, conjugada con una gran capacidad de amortiguamiento de vibraciones y una alta estabilidad térmica. Con la mira puesta en aplicaciones futuras, el profesor Kordas afirma: «El amortiguamiento mecánico puede potenciar la productividad de muchos procesos industriales en los que la absorción de vibraciones supone un factor limitador del rendimiento. Por ejemplo, en operaciones de mecanizado como el mandrinado, el fresado y el torneado, donde la velocidad de producción de piezas se ve limitada por las vibraciones mecánicas y la resonancia. Por lo tanto, vemos que ofrece ventajas económicas muy importantes». Ya se están empezando a comercializar algunas de las innovaciones aportadas por el proyecto HIPPOCAMP. La empresa Ionautics comercializa un generador de plasma y una fuente de alimentación de polarización, desarrollados en el marco de este proyecto; Lantier hace lo mismo con un sistema de monitorización de cuchilla crepadora para la industria papelera.
Palabras clave
HIPPOCAMP, amortiguación de vibraciones, industria automovilística, industria aeroespacial, fabricación, nanocompuestos, nanomateriales, tecnología aditiva, materiales metálicos técnicos, componentes metálicos
