ES2928104A1 - Procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares comprendiendo la realización de un molde hueco, dividido en mitades o piezas simples cuyo cerrado da origen a un hueco que coincide con el contorno exterior de la pieza a realizar, apertura del molde para ser recubierto en su interior, recortado en una sola pieza, haciendo un cuerpo monolítico de fibra de carbono o fibra de vidrio, reproduciendo la forma compleja del molde abierto y dejando perimetralmente una solapa o reborde libre de fibra de carbono o fibra de vidrio, repetir el proceso de recubrimiento de los otros cuerpos del molde, ensamblado de los diferentes cuerpos del molde solapándose entre sí los rebordes libres de fibra de carbono o fibra de vidrio dejados en cada una de las piezas de los moldes. Es apropiado para formar piezas complejas altamente resistentes de fibra de carbono o fibra de vidrio.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares
CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN
La presente descripción se refiere a un procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares que aporta ventajas indudables de fabricación, resistencia y menor complejidad en la fabricación de piezas complejas de estos materiales.
El procedimiento prevé la utilización de moldes complejos, formados por moldes modulares, cada uno de los cuales es recubierto interiormente por la pieza de fibra de carbono o fibra de vidrio recortada, reproduciendo en 2D la forma del molde 3D y con la característica de que una vez recubriendo el molde, deje una solapa alrededor del borde libre del mismo. Una vez que se ensamblan los moldes, los rebordes de las piezas de fibra de carbono o de vidrio se adhieren entre sí, formando una pieza única sin zonas de unión definida y por tanto siendo en toda la superficie de la pieza compleja efectuada, de la misma resistencia a la rotura.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Habitualmente, la forma de realización de piezas de fibra de carbono o fibra de vidrio complejas, se realizan partiendo de elementos comerciales, tal y como placas, tubos, etc.., que son pegados entre si o mediante racores de unión. Sin embargo, aunque estos sistemas consiguen reducir el peso de los materiales tradicionales, tal y como el acero o el aluminio, para ciertas aplicaciones no resultan adecuados la utilización de estos materiales compuestos, ya que las zonas de unión de estas estructuras resultan ser débiles.
Así por ejemplo las garras de los robots son piezas complejas, fabricadas de acero o de aluminio aumentando estas últimas considerablemente la capacidad de carga del robot al disminuirse considerablemente el peso de las garras de aluminio con respecto a las garras de acero. Se han realizado intentos de fabricación de garras de fibra de carbono por los procesos tradicionales de pegado de cuerpos simples, realizados de fibras de carbono y a pesar de reducirse el peso de las garras hasta en 4 veces el peso de la garra similar en aluminio, lo cual es una ventaja, sin embargo, esta fabricación no es apta para la fabricación de tales piezas, porque las zonas de unión entre piezas simples es precisamente la zona más débil del conjunto y acaban fallando por tales uniones.
Es por tanto propósito de la invención, la obtención de piezas complejas resistentes y realizadas en un único paso, monolíticas, que sean capaces de aguantar pesos y esfuerzos superiores a los de las piezas homologas en acero o aluminio, que es como se fabrican en la actualidad.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención consiste en un procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares caracterizado porque comprende:
- realización de un molde hueco, dividido en mitades o piezas simples cuyo cerrado da origen a un hueco que coincide con el contorno exterior de la pieza a realizar.
- Apertura del molde para ser recubierto en su interior
- recortado en una sola pieza, haciendo un cuerpo monolítico de fibra de carbono o fibra de vidrio, reproduciendo la forma compleja del molde abierto y dejando perimetralmente una solapa o reborde libre de fibra de carbono o fibra de vidrio
- repetir el proceso de recubrimiento de los otros cuerpos del molde, dejando un reborde libre en cada uno de los cuerpos del molde recubiertos
- ensamblado de los diferentes cuerpos del molde solapándose entre sí los rebordes libres de fibra de carbono o fibra de vidrio dejados en cada una de las piezas de los moldes.
Una vez realizados estos pasos, la pieza se puede curar en horno o autoclave. En caso de realizarse en autoclave las fases subsiguientes serian:
- introducción de una bolsa hermética a vacío en el interior del molde
- Curado con calor de la pieza en autoclave
- Apertura del o de los cuerpos del molde y extracción de la pieza compleja en un único cuerpo
Para lograr este procedimiento se utilizan un sistema de moldes modular que permita la construcción de un soporte para el laminado y curado de las piezas complejas a obtener, por ejemplo, de la forma de las garras de un robot, que sea fácilmente configurable, desmontable y reutilizable.
Por tanto, el molde final se realiza componiendo los moldes modulares y por tanto la inversión en moldes se puede distribuir entre todas las estructuras laminadas y curadas gracias a este sistema, reduciendo el coste de fabricación. Estos moldes modulares se unen mediante tornillos, bridas o medios de sujeción adecuados para formar un cuerpo de molde monopieza.
A titulo de ejemplo, pero no limitativo, se pueden usar los moldes siguientes:
- Tramos rectos de diferentes longitudes
- Codos a 90°
- Tramos e forma de "T”
- Tramos en forma de "X”
- Tramos en 3D con forma de "Y”
- Tramos en 3D con forma de "X” y de "T”
- Tramos en forma de doble "X” y "T”
- Etc....
Estas piezas de molde podrían tener secciones tubulares:
- Cilindrica
- Triangular, cuadrada
- Rectangular, hexagonal
- Octogonal,
- Etc....
De igual forma podrían realizarse moldes de diferentes tamaños para conseguir piezas de tamaños mas pequeños o más grandes.
También habría moldes que permitan la transición entre diferentes tamaños e incluso entre secciones de diferente geometría
Una vez conformado el molde mediante la unión de los moldes con las diferentes formas, se procede al recortado de las piezas laminares de fibra de carbono o fibra de vidrio, mediante una pieza monolítica, de tal forma que quede el molde recubierto y la fibra de carbono o fibra de vidrio deje un reborde de solapamiento que sobresale de los limites del molde. Las solapas o rebordes libres de la fibra de carbono o fibra de vidrio varían entre un mínimo de 3 mm y un máximo de 12 mm y preferentemente entre 5 y 10 mm
La fibra de carbono empleada es preimpregnada de resinas como la mas apropiada para esta aplicación a través de moldes, pudiéndose aplicar una o múltiples capas de fibra de carbono o fibra de vidrio.
El acabado del molde o mejor dicho de los moldes simples modulares, se hará con un aspecto especular lo que conseguirá dos efectos fundamentales, el primero el acabado exterior de la fibra de carbono o de vidrio será brillante y en segundo lugar el desmoldeo se verá favorecido por ese acabado.
Este procedimiento se ha mostrado ventajoso para producir garras de robot que adoptan formas complejas que deben tener una alta resistencia para coger piezas y que deben tener un peso reducido, lo cual ahorra en energía del propio robot, siendo posible utilizar motores menos potentes para movimiento de las garras de los robots, lo que redunda en un consumo energético menor de los propios robots, uniéndose a este ahorro el hecho de que en cadenas de producción donde existen cientos de robots, el ahorro energético de los mismos, por el simple hecho de la disminución del peso de las garras del robot se convierte en un ahorro de miles de euros de consumo eléctrico.
A titulo de ejemplo podemos decir que una garra de robot realizada con fibra de carbono pesa la decima parte de una garra similar de acero y la cuarta parte de una garra realizada de aluminio. Esto conlleva que los servomotores empleados tienen que mover un peso en vacío de la garra mucho menor y necesitar servomotores con la mitad de potencia que se necesitaría con garras de acero equivalentes y de ahí el ahorro eléctrico tan importante que conlleva.
La invención comprende piezas complejas monopieza realizadas de fibra de carbono o de fibra de vidrio.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención y para complementar esta descripción, se acompañan como parte integrante de la misma las siguientes figuras, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo:
La figura 1 muestra sendas piezas realizadas de un único cuerpo que constituirá la base de una garra de robot.
La figura 2 muestra la garra de un robot y en la que puede verse el núcleo central de la misma que es el cuerpo de fibra de carbono de la figura 1
La figura 3 muestra el molde cerrado y construido mediante la unión de dos moldes más simples modulares, en cuyo interior se introduce a vibra de carbono, fibra de vidrio o similar.
La figura 4 muestra un detalle de la unión entre dos moldes más simples, para formar el molde complejo
La figura 5 muestra el molde complejo abierto por su mitad y en disposición de ser recubierto interiormente por la fibra de carbono o fibra de vidrio
La figura 6 muestra sobre la superficie plana de la tela de fibra de carbono o fibra de vidrio el dibujo desarrollado para cortar y cubrir interiormente las partes de cada semimolde
La figura 7 muestra el recubrimiento interior de los semimoldes y como queda la pestaña perimetral de ensamblaje de la pieza construida con ambos semimoldes
La figura 8 muestra un detalle de la pestaña lateral de solapamiento entre las láminas de fibra de carbono que recubren cada semimolde
La figura 9 muestra el molde abierto con la pieza interior de fibra de carbono ya curada.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UN MODO PREFERIDO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
En las figuras 1 y 2 se muestran respectivamente, el cuerpo principal (2) de la garra del robot formado por un cuerpo en forma de "T” y una garra de robot (1), para ver donde se integra este cuerpo principal. Este cuerpo principal (2) se hace en forma de un cuerpo monolítico de fibra de carbono, sin necesidad de formarse mediante piezas más pequeñas pegadas, de tal forma que la resistencia es muy elevada.
Para la construcción de este cuerpo principal (1) de la garra del robot, que será un cuerpo monolítico, se hace mediante la unión de moldes más simples y modulares, como se muestra en la figura 3, donde se emplean un molde de tramo recto (3) que se une a un molde en forma de "T” (4), unidos entre si con la ayuda de bridas (5) y tornillos de fijación (6) de las bridas.
De igual modo, el molde se realiza en este caso en forma de dos mitades, uniéndose ambas mitades por medio de los tornillos (7) de unión de los semimoldes. Cada uno de los moldes más simples, se puede observar que acaba en bridas para unirse a otros moldes para formas figuras más complejas.
En la figura 4 se muestra un detalle ampliado de un semimolde, formado por la unión de dos semimoldes, uno de tramo recto y otro en forma de T, unidos por las bridas (5) mediante tornillos de fijación (6). Al tratarse de un semimolde, se observan los orificios (8) a través de los que se introducirán los tornillos de fijación de los semimoldes, tornillos que no son mostrados en tales figuras.
En la figura 5 se representa el semimolde de la figura 4, pero por la parte cóncava, que se recubrirá con la fibra de carbono o fibra de vidrio y como en esta figura se observa la huella y forma externa que adoptará la fibra de carbono o de vidrio cuando se ajuste al interior del molde. Es esta figura se observa, que el acabado interior del molde sea un acabado especular que se transmitirá en forma de un acabado muy fino a la superficie de la pieza realizada y que a su vez este acabado especular facilite el desmoldeo del cuerpo moldeado.
En la figura 6 se muestra una lámina de fibra de carbono o vidrio (9), tal y como se suministra y sobre la que se ha recortado un contorno de la pieza a recortar (10), que será un contorno en 2D, de tal modo que permita su adaptación a la forma 3D del molde. Esta
pieza recortada (12) es la que se adapta a los semimoldes (11) mostrados en la figura 7 y que dejará unos rebordes (13) que sobresalen de la forma de los semimoldes, facilitando el solapamiento entre si de las piezas recortadas (12) que se adaptan a cada uno de los semimoldes (11).
En esta figura se observa que la pieza recortada (12), e incluida en cada semimolde, una lleva reborde (13) y la otra no, pero es indiferente, pudiendo llevar incluido las dos piezas recortadas (12) los rebordes (13) pertenecientes a cada uno de los semimoldes (11).
En la figura 8 se muestra con mayor detalle, el semimolde (11) y cómo la pieza recortada (12) de fibra de carbono o fibra de vidrio, queda formando el reborde (13) perimetral en el interior del semimolde (11).
Finalmente, en la figura 9 se muestra el molde abierto y como se ha formado el cuerpo principal (2) de la garra del robot, al haberse curado la fibra de carbono o de vidrio así realizada.
A la vista de esta descripción y figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes, sin exceder el objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1.- Procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono o vidrio, monolíticas, a partir de moldes modulares, caracterizado porque comprende:- realización de un molde hueco, dividido en mitades o piezas simples cuyo cerrado da origen a un hueco que coincide con el contorno exterior de la pieza a realizar.- Apertura del molde para ser recubierto en su interior.- recortado en una sola pieza, haciendo un cuerpo monolítico de fibra de carbono o fibra de vidrio, reproduciendo la forma compleja del molde abierto y dejando perimetralmente una solapa o reborde libre de fibra de carbono o fibra de vidrio.- repetir el proceso de recubrimiento de los otros cuerpos del molde, dejando un reborde libre en cada uno de los cuerpos del molde recubiertos.- ensamblado de los diferentes cuerpos del molde solapándose entre sí los rebordes libres de fibra de carbono o fibra de vidrio dejados en cada una de las piezas de los moldes.2. - Procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares, según la reivindicación 1 caracterizado porque el curado de la fibra de carbono o fibra de vidrio se realiza en horno o autoclave.3. - Procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares, según la reivindicación 1 caracterizado porque las solapas o rebordes libres de la fibra de carbono o fibra de vidrio varía entre un mínimo de 3 mm y un máximo de 12 mm y preferentemente entre 5 y 10 mm.4. - Procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares, según las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque la fibra de carbono o la fibra de vidrio empleada es preimpregnada de resinas.5. - Procedimiento de realización de piezas complejas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares, según la reivindicación 1 caracterizado porque el molde hueco se configura mediante la unión de moldes más simples modulares, de distintas formas y tamaños que conforman piezas complejas, unidos por tornillos, bridas o similares, que se cubren interiormente con lamina o láminas de fibra de carbono o fibra de vidrio.8. Pieza compleja monopieza fabricada por un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7.9. - Garra de robot monopieza de configuración compleja obtenida por un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7.
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Citations (5)
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2021
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Effective date: 20230302 |