Si existe una tendencia invariable en todo el proceso de diseño aeronáutico, ésta es mejorar el rendimiento de los aparatos haciéndolos más ligeros pero aumentando su resistencia mecánica al mismo tiempo.
Esa "cuadratura del círculo" puede lograrse mediante el uso de materiales compuestos CFRP. Los compuestos CFRP (Polimero Reforzado con Fibra de Carbono) son materiales livianos pero fuertes que suelen utilizarse en las aplicaciones más exigentes debido a sus excelentes propiedades mecánicas.
Un equipo colaborador de investigadores de la Universidad de Kingston, la Universidad de Liverpool y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Khalifa han publicado un estudio titulado “Additive Manufactured Sandwich Composite/ABS Parts for Unmanned Aerial Vehicle Applications" que analiza el uso de materiales compuestos CFRP en estructuras de sándwich, utilizando núcleos fabricados mediante Impresión 3D basada en tecnología FDM.
Las estructuras de sándwich ofrecen una resistencia y rigidez específicas superiores a las que ofrecen los compuestos monolíticos, y se fabrican agregando dos capas de piel delgada a un núcleo grueso y liviano. El material del núcleo es generalmente más barato, y tiene menor resistencia y densidad en comparación con las capas de la piel.
En cuanto a la tecnología FDM, si bien las piezas creadas mediante esta tecnología presentan con frecuencia una mayor anisotropía que las piezas fabricadas mediante otras tecnologías tales como SLS, SLM o EBM, resulta sin embargo la tecnología más equilibrada para muchas aplicaciones y más concretamente para fabricación de piezas de uso final en vehículos aéreos no tripulados (UAV, por sus siglas en inglés) donde se requiere peso ligero, resistencia mecánica, rigidez, economía de costes, versatilidad de materiales, economía de tiempo y agilidad de fabricación.
En este documento se propone un proceso de fabricación de la estructura del UAV utilizando para ello sandwichs de núcleos de ABS fabricados mediante FDM y recubiertos de CFRP, al objeto de mejorar el módulo de elasticidad y la resistencia mecánica del ABS impreso.
Particularmente en el caso de los UAVs, las estructuras compuestas en sándwich presentan una doble ventaja: Conservan las ventajas de la tecnología FDM a la hora de fabricar geometrías complejas, y solo requieren simples pasos de post-procesamiento para mejorar las propiedades mecánicas de la pieza final.
Para la realización del estudio se utilizó una ANN (Red Neuronal Artificial) a fin de de investigar la influencia de la densidad del núcleo y el número de capas de CFRP en las propiedades mecánicas de la pieza final. El resultado mostró una mejora de la resistencia específica y el módulo de elasticidad al aumentar el número de CFRP: La resistencia específica de las muestras mejoró de 20 a 145 KN*m / kg, mientras que el módulo de Young aumentó de 0,63 a 10,1 GPa al laminar las muestras con capas de CFRP.
