Nuevos materiales compuestos con fibras naturales ecuatorianas revolucionan la industria automotriz

La Universidad Internacional SEK a través de un equipo de investigadores, busca alternativas de materiales accesibles en el mercado, optando por el empleo de materiales compuestos y de fabricación por impresión 3D, una excelente alternativa para la fabricación de autopartes.

El presente estudio tiene como objetivo caracterizar el material compuesto con matriz de resina fotopolimérica reforzada con fibras naturales de abacá y cabuya fabricados por impresión 3D, para su aplicación en la fabricación de autopartes. Para esto se seleccionó la rejilla direccional del ducto de aire acondicionado de un automotor; mediante análisis experimental y simulación computacional se compararon sus características mecánicas, garantizando el cumplimiento de las mismas propiedades mecánicas a flexión como el material original.

Las fibras naturales como refuerzo de polímeros se usan en distintos lugares del mundo para la fabricación de autopartes debido a sus características de peso ligero, bajo costo y buenas propiedades mecánicas, atribuyendo la capacidad de fácil reciclaje y la reducción en desperdicios, como también la reducción de emisiones contaminantes gracias al alivianamiento en el peso del vehículo, generando ahorro de combustible y cumpliendo las políticas ambientales a nivel mundial.

En los últimos años la industria automotriz se ha centrado en la elaboración y utilización de materiales compuestos, integrando fibras naturales como un elemento de refuerzo, para la fabricación de autopartes externas e internas del vehículo, contribuyendo al  medio ambiente al utilizar en forma adecuada las fibras naturales con mejores propiedades mecánicas para su aplicación en la fabricación. 

En varios estudios se analizan el uso y aplicación de fibras naturales: yute, bambú y abacá, como refuerzo para materiales compuestos en la fabricación de autopartes, a partir del análisis de sus propiedades químicas, físicas y mecánicas. Además, destacando que estos nuevos materiales se afirman y consolidan en las áreas aeroespacial, naval, entre otros, favoreciendo su aplicación en el sector manufacturero, en particular el automotor; empleando las fibras naturales como reemplazo de las fibras sintéticas presentes en el vehículo, reduciéndose el peso del automóvil y su costo.

El esfuerzo máximo de flexión de los materiales compuestos reforzados con fibra de abacá y cabuya en una fracción volumétrica del 20% obtenidos mediante impresión 3D, disminuyeron con respecto al material matriz, su posible causa estaría motivada por la falta de un estudio previo en la compatibilidad de los materiales empleados.

Las disminuciones de ciertas propiedades mecánicas en los materiales compuestos fabricados mediante fabricación aditiva con respecto a las propiedades del material matriz, se debieron al bajo nivel de adherencia que tuvieron las fibras refuerzo con el material matriz, es decir, se generó una pobre interfaz entre los mencionados elementos constitutivos. El módulo de elasticidad de los materiales compuestos reforzados analizados aumentó con respecto al material matriz, lo que se traduce en un aumento de la rigidez de los materiales caracterizados.

De acuerdo a lo anterior, se evidencia que los materiales compuestos fabricados mediante impresión 3D, son una alternativa para la fabricación de autopartes, debido a que sus características mecánicas, en algunos casos, son superiores a otros materiales considerados en la industria automotriz. La simulación computacional de las rejillas de aire acondicionado sometidas a una carga, permite verificar las diferencias significativas que existe entre estos dos materiales analizados en cuanto al desplazamiento nodal, además, permitió verificar que en el análisis de esfuerzo no existe una diferencia significativa entre los materiales simulados.

Este artículo está basado en la investigación publicada en la Revista de Ciencia y Tecnología "INGENIUS". Leer aquí.

Autores:

• Edilberto Antonio Llanes
• Diana Peralta Zurita
• Juan Carlos Rocha Hoyos
• Marco Pucha