Llevando el grabado en aluminio a nuevas cotas

El aluminio es, desde hace tiempo, el material por excelencia para la fabricación de aviones, ya que combina un peso reducido con la resistencia necesaria para el vuelo. Se utiliza tanto en componentes estructurales como en elementos de acabado interior, y contribuye a reducir el consumo de combustible y las emisiones, al tiempo que aumenta la carga útil.

Además, la magnitud de la demanda futura de aviones hace que la reducción del peso sea fundamental. Airbus prevé una demanda de 42.060 aviones nuevos durante los próximos 20 años, mientras que se espera que el tráfico mundial de pasajeros se duplique con creces y alcance aproximadamente los 10.000 millones de pasajeros al año para 2045.

Esto sitúa al aluminio en el punto de mira, ya que los aviones comerciales tradicionales de fuselaje estrecho, como el Boeing 737 o el Airbus A320, están compuestos por aproximadamente un 70-80 % de aluminio en peso estructural.

Esa cifra, calculada por las Academias Nacionales de Ciencias en su informe de referencia sobre materiales aeroespaciales, pone de relieve precisamente por qué es tan importante elegir los procesos de fabricación adecuados para los componentes de aluminio.

Por qué es difícil grabar el aluminio

El aluminio ofrece una atractiva combinación de ligereza, resistencia, resistencia a la corrosión y conductividad térmica. Sin embargo, su reactividad hace que su procesamiento resulte especialmente complicado mediante métodos convencionales de grabado químico, que consisten en un proceso de fabricación sustractiva en el que se utilizan productos químicos para eliminar partes de la chapa metálica.

Durante el grabado, el metal expuesto reacciona con el agente químico de grabado en un proceso electroquímico, en el que los átomos de metal se oxidan al entrar en contacto con el reactivo. Esta reacción es exotérmica, lo que significa que genera calor.

Si ese calor no se controla cuidadosamente, la reacción de grabado puede volverse cada vez más difícil de regular, lo que afecta al perfil de los bordes y a la precisión dimensional del resultado.

Históricamente, esto ha dado lugar a bordes rugosos y granulados al realizar el grabado químico del aluminio. En aplicaciones aeroespaciales, donde la repetibilidad es tan importante como el diseño inicial, esto puede hacer que el grabado convencional no resulte adecuado.

Por lo tanto, los fabricantes han tenido que desarrollar un mayor control sobre la química, la temperatura, la preparación de los materiales y las condiciones del proceso para convertir el aluminio en un material viable para el grabado de precisión.

Reducción del peso sin renunciar a la calidad

El grabado químico elimina material sin aplicar fuerza mecánica ni el calor concentrado asociado a procesos como el mecanizado y el corte por láser, lo que evita tensiones mecánicas, rebabas y zonas afectadas por el calor.

El uso de herramientas digitales también permite fabricar geometrías complejas sin que ello suponga un aumento de los costes, pudiendo alcanzar tolerancias tan ajustadas como ±0,020 mm. Para los ingenieros aeroespaciales, esto abre nuevas posibilidades a la hora de diseñar componentes ligeros que serían difíciles de fabricar de forma rentable mediante procesos convencionales.

Entre sus aplicaciones se incluyen las placas de intercambiadores de calor de aluminio con canales complejos, en las que el grabado químico permite crear recorridos de flujo intrincados y maximizar la superficie para una gestión térmica eficiente, al tiempo que se reducen el tamaño y el peso totales del conjunto.

Las rejillas de admisión de aire para helicópteros y los componentes de vehículos aéreos no tripulados (UAV) también pueden beneficiarse de este proceso, especialmente cuando es necesario fabricar geometrías complejas sin que se produzcan deformaciones ni rebabas.

Las placas calefactoras deshumidificadoras para cabinas de aviones son otro ejemplo. En este caso, el grabado químico permite crear perfiles complejos y repetibles, al tiempo que facilita el apilamiento eficiente de los componentes en el montaje final.

La precisión solo es útil si es repetible

La norma AS9100, relativa a la gestión de la calidad en las organizaciones de los sectores de la aviación, el espacio y la defensa, exige uniformidad y calidad en toda la cadena de suministro. En el caso del grabado químico, esto hace que la uniformidad del proceso sea fundamental.

Controlar la química y la reacción exotérmica no solo consiste en fabricar un componente visualmente impecable, sino también en garantizar que se pueda producir la misma geometría de forma repetida, con características dimensionales y de material predecibles.

Los procesos modernos permiten obtener perfiles de borde más lisos, tolerancias más ajustadas y geometrías complejas, al tiempo que se mantienen las características de ligereza que hicieron que el aluminio resultara tan atractivo en un principio.

Para los fabricantes del sector aeroespacial, el reto no consiste simplemente en encontrar un material ligero, sino un proceso de fabricación que conserve sus ventajas y, al mismo tiempo, ofrezca la precisión y la repetibilidad necesarias para la producción.