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Materiales compuestos tejidos en 3D: el telar Jacquard 2.0

Innovación

La tecnología de compuestos tejidos en 3D diseñada y desarrollada por Safran nos permite fabricar piezas más resistentes y ligeras. Se trata de una importante innovación que desempeña un papel clave en la mejora del rendimiento del nuevo motor de avión comercial LEAP, que consume un 15 % menos de combustible que su predecesor.

The 3D-woven composite technology designed and developed by Safran enables us to make stronger and lighter parts. This is a major innovation, and plays a key role in improving the performance of the new LEAP commercial airplane engine, which consumes 15% less fuel than its predecessor.

Detrás de una tecnología de vanguardia

Mis amigos me dijeron: «Patrick, ya que vas a Lyon para el Festival de las Luces, tienes que visitar la Maison des Canuts, un museo que narra la vida de los tejedores de seda en el siglo XIX. Cuenta con una de las colecciones más fabulosas de telares Jacquard, e incluso puedes ver uno en acción.»
Eso me fascinó, porque soy ingeniero en la planta de Safran Aéro Composite en Commercy (región de Lorena en el este de Francia). Fabricamos las paletas del ventilador y la carcasa del nuevo motor LEAP utilizando un material compuesto tejido en 3D y el proceso de moldeo por transferencia de resina (RTM, resin transfer molding), continuando con esta centenaria artesanía de tejido, pero con un toque moderno. 

Así que, antes de asistir al espectáculo de luces mágicas, llevé a mi hijo Paul, que tiene 12 años, a visitar el museo, en el barrio de Croix-Rousse. Ya le había explicado a Paul que la Maison des Canuts era uno de los pocos lugares del mundo donde se podía ver un telar Jacquard mecánico en funcionamiento. Fue inventado en 1801 por Joseph-Marie Jacquard y podía ser operado por un solo trabajador; ¡una revolución industrial en ese momento!


Invención, reinvención... innovación

El primer modelo que ves en el museo muestra claramente su antigüedad. El guía explicó que uno de los principales objetivos de este brillante inventor, nacido en Lyon, era limitar el trabajo infantil, ya que los padres a menudo pedían a los niños que trabajaran con ellos en condiciones muy duras. El telar Jacquard utilizaba un sistema de programación primitivo basado en tarjetas perforadas para crear patrones muy sofisticados. Como nos explicó el guía, «Algunos historiadores creen que este modelo es, de hecho, el antepasado de los ordenadores y los robots actuales.» 
En este punto, le susurré a Paul: «Ya verás, es como el trabajo que hago yo. También utilizamos la técnica de tejido para fabricar piezas para el nuevo motor LEAP.» Al oír eso, mi hijo pareció sentir un nuevo interés por mí. Después de una breve pausa, preguntó: «Entonces, ¿qué es lo que habéis inventado vosotros?» Es difícil responder a eso en unas pocas palabras, pero lo intenté. 

«Safran simplemente aplicó el principio de esta asombrosa máquina que está frente a tus ojos. En cierto modo, este viejo telar Jacquard es el antepasado de la máquina que usamos hoy para fabricar piezas de motor compuestas utilizando esta tecnología de tejido 3D patentada, inventada por un ingeniero de Safran.»

 

El único proceso de fabricación de este tipo en el mundo

Después de describir las mejoras técnicas en estos telares a lo largo de los años, el guía nos invitó a ver una demostración. El enorme telar me hace pensar en un antepasado lejano de las máquinas ultramodernas de la planta de Commercy, que fabrican las paletas del ventilador y la carcasa del motor LEAP de nueva generación con materiales compuestos tejidos en 3D. Estas nuevas piezas proporcionan un importante ahorro de peso, lo que se traduce en un menor consumo de combustible y menos óxidos de nitrógeno (NOx).
Los hilos que se entrelazan constantemente me recuerdan a nuestro propio proceso de fabricación de compuestos RTM (moldeo por transferencia de resina) tejidos en 3D, diseñado en asociación con la empresa estadounidense Albany International, que tiene más de 50 años de experiencia en tejido industrial. Lo que vemos en el museo se parece mucho a nuestra propia planta, con miles de fibras tejidas siguiendo un patrón específico para darle a la pieza ciertas cualidades para que cumpla con las especificaciones. Para hacer una sola paleta de ventilador, necesitamos siete kilómetros de fibras. Mientras el guía se jacta de lo rápido que estos viejos telares pueden producir una tela con una serie de patrones coloridos, no puedo evitar pensar en el tiempo que ahorramos en nuestro propio proceso, gracias a la automatización y la digitalización. Hoy en día, solo se tardan un par de días desde el diseño original de la preforma hasta el inicio del proceso de tejido, en comparación con los varios meses que se tarda utilizando los métodos manuales anteriores.

 


Nuevas aplicaciones en el horizonte

Los materiales compuestos representan un cambio radical en la industria aeroespacial. Su combinación de resistencia y ligereza contribuye de manera significativa a mejorar la eficiencia del motor. Estas paletas compuestas mediante RTM tejidas en 3D ofrecen un considerable ahorro de peso en comparación con las paletas de metal convencionales: ¡aproximadamente 500 kilos por avión! El siguiente paso será expandir el uso de estos materiales a las piezas de motores de aeronaves sometidas a mayor estrés mecánico o térmico, como los compresores.
De vuelta en la tienda de regalos del museo, le pregunto a mi hijo: 
«Ei, Paul, ¿te gustaría visitar mi fábrica y ver cómo trabajamos?»
 

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  • © Adrien Daste / Safran