Un futuro más ecológico para la industria aeroespacial
Los fabricantes de equipos originales deben plantear la aviación del futuro desde un enfoque holístico.
Por tratarse de uno de los principales responsables de las emisiones globales de CO2, la industria aeroespacial se encuentra sometida a presiones apremiantes para producir unas aeronaves más ecológicas capaces de recorrer largas distancias. Sin embargo, este objetivo requiere trabajar con aluminio y superaleaciones termorresistentes difíciles de mecanizar. En esta sección, Sébastien Jaeger, director de soluciones industriales en el ámbito aeroespacial en Sandvik Coromant, explica cómo los fabricantes de equipos originales de la industria aeroespacial pueden adoptar soluciones avanzadas de herramientas para mecanizar esos componentes exigentes de forma sostenible.
Según el Foro Económico Mundial (FEM), "la consecución de las emisiones netas nulas de CO2 para 2050 contribuirá no solo a crear un futuro ecológicamente sostenible, sino también a garantizar la competitividad y la solidez financiera de la industria de la aviación en su conjunto". Sin embargo, a pesar de que la movilidad eléctrica se ha ido consolidando en el sector de la automoción (de hecho, en agosto de 2021 las ventas de vehículos eléctricos superaron a las ventas de diésel en el Reino Unido), estos avances tardarán más tiempo en materializarse en el ámbito aeroespacial.
En líneas generales, no se prevé que las aeronaves electrificadas alcancen un uso generalizado hasta 2035. Aunque easyJet espera poder utilizar aviones eléctricos en sus rutas inferiores a 311 millas (500 km) para 2030 y Noruega aspira a que todos sus vuelos cortos sean eléctricos para 2040, Lonely Planet opina que "no volaremos en jumbos recargables de larga distancia en un futuro cercano, porque las baterías son demasiado pesadas".
Se prevé que los aviones eléctricos alcancen un uso generalizado para 2035.
Así pues, aunque es imprescindible que las baterías sean más ligeras para ser viables, existe una presión creciente sobre los fabricantes de equipos originales para que fabriquen componentes más ligeros para contrarrestar el problema. Podemos estar seguros de que se utilizará el aluminio (en particular, los nuevos tipos de aluminio con mayor robustez, resistencia a la fatiga y otros atributos) para que estos sistemas sean más ligeros.
También hemos apreciado un aumento en el uso de las nuevas superaleaciones termorresistentes (HRSA, por sus siglas en inglés). De hecho, las HRSA ya se emplean en componentes de aeronaves sometidos a unos requisitos de rendimiento extremos, porque son capaces de mantener su dureza incluso bajo un calor intenso. No cabe duda de que estas propiedades de los materiales serán esenciales, ya que uno de los pilares de un transporte aéreo más sostenible consistirá en conseguir una combustión de los motores más intensa y que genere más calor.
Además, deben fabricarse componentes con tolerancias más ajustadas y diseños más variados. Al igual que sucede con los vehículos eléctricos, los diseños de las aeronaves electrificadas del futuro, tanto los motores como los fuselajes, variarán más de un fabricante a otro en comparación con las actuales aeronaves con motores de combustión interna. En lo que respecta al fuselaje, algunos fabricantes de equipos originales están estudiando conceptos de forma delta, fuselajes integrados y alas con puntales de refuerzo. Otros fabricantes de equipos originales se mantienen fieles a los diseños tradicionales de cuerpo tubular alargado, alas y motor.
También existirán distintas formas de arquitectura de los motores (electrificados, a batería o electromagnéticos), o diseños híbridos en los que los motores actuales estarán asistidos por generadores eléctricos. Los fabricantes de equipos originales tendrán que producir una variedad de componentes cada vez más grande con tolerancias reducidas y buscar nuevas formas de reducir el ruido, el peso y las emisiones, ya que todos estos factores influyen en el rendimiento de los sistemas eléctricos. Sin embargo, los componentes de aluminio y HRSA son difíciles de mecanizar, por lo que la consecución de este nivel de sostenibilidad y rentabilidad sigue siendo todo un desafío.
Un avance rápido
Una vía para fabricar aeronaves más ligeras y eficientes en términos de combustible pasa por las técnicas de fabricación aditiva (FA). La FA permite el desarrollo de componentes personalizados de formas muy complejas y de productos funcionales con tolerancias ajustadas, por lo que se facilita el mecanizado de componentes difíciles de mecanizar, como los entramados. Según estudios de la compañía de software Dassault Systemes, "en el sector aeroespacial, la reducción de peso resultante de los procesos de FA puede entrañar un ahorro energético de hasta el 25 %", y "cada kilogramo (2,2 lb) menos de peso en un avión puede ahorrar hasta 3000 USD en combustible cada año".
Sin embargo, cabe preguntarse si la FA es sostenible en sí misma. Un estudio, corredactado por el departamento de ingeniería de fabricación de la Universidad Técnica de Cluj-Napoca, en Rumanía, describe la FA como "una gran alternativa a los métodos de fabricación tradicional (FT) como el moldeo por inyección, la fundición o el mecanizado". Y prosigue: "La FA tiene el potencial de reducir los costes y ofrecer una mayor eficiencia energética que los procesos convencionales".
La FA también tendrá un efecto crucial en la forma de producir los productos y en su diversidad. Algunas de sus ventajas son la reducción de las emisiones de carbono, un menor uso de materiales y una menor necesidad de transporte, ya que los componentes se pueden fabricar de forma interna en vez de tener que importarse.
Además, los fabricantes pueden fabricar componentes aeroespaciales más complejos, compactos e innovadores gracias a los métodos de prototipado rápido. El prototipado rápido comprende varias técnicas distintas, pero el objetivo consiste en poder producir rápidamente un prototipo tangible en 3D a partir de un archivo CAD de diseño asistido por ordenador. Con estos prototipos, es posible realizar ensayos a pequeña escala sobre los nuevos materiales antes de pasar a la producción a gran escala, para asegurarse de que los componentes están creados con los máximos niveles de innovación, calidad y precisión.
Hemos analizado cómo los fabricantes de equipos originales del sector aeroespacial pueden adoptar nuevos métodos para producir componentes más complejos. Ahora bien, ¿qué pasa con la necesidad de herramientas apropiadas para estas tareas, especialmente cuando se trata de mecanizar aluminio duro y HRSA?
Estos materiales requieren el uso de herramientas con una resistencia al desgaste y una vida útil superiores. Por este motivo Sandvik Coromant ha desarrollado la calidad S205 para plaquitas de acero utilizadas en tareas de torneado. La metalurgia de los modelos S205 incluye una capa de Inveio® de cristales unidireccionales firmemente compactados. De este modo, se crea una resistente barrera protectora en torno a la plaquita que permite fortalecer la herramienta y mejorar sus propiedades mecánicas. Esta plaquita ya ha demostrado su utilidad en la fabricación de diferentes componentes aeroespaciales, como discos de turbinas de motor, anillos y ejes. Los clientes de Sandvik Coromant ya han constatado aumentos del 30 al 50 % en las velocidades de corte con los modelos S205 en comparación con las calidades de torneado de HRSA de la competencia.
Un enfoque integral
Hasta ahora, hemos considerado los procesos de fabricación y las herramientas; pero, ¿cuál es la mejor manera de combinar las dos? A fin de cuentas, si se configura una solución completamente integrada pero los sistemas no están diseñados para interactuar correctamente, estamos perdiendo el tiempo.
En este sentido, Sandvik Coromant asiste a sus clientes del ámbito aeroespacial con lo que hemos denominado una solución de componentes. Esta solución consta de diversas etapas, incluido un examen de los requisitos de la máquina y estudios temporales para analizar el coste por componente. Además, se analiza la desviación de los métodos de producción, tanto en términos de medición de tiempos y métodos (MTM) como respecto a los procesos de los usuarios finales. La solución de componentes incluye también técnicas de fabricación asistida por ordenador (FAO), programación y gestión de proyectos locales o transfronterizos.
En el caso de un cliente de Sandvik Coromant que tenía problemas de rotura de las virutas en su sistema de producción, la solución de componentes nos permitió dar con la causa y desarrollar una solución. Los especialistas de Sandvik Coromant desarrollaron para el cliente una nueva estrategia con curvas de accionamiento dinámicas que nos permitió controlar la rotura de la viruta en cada momento. Este nuevo enfoque, que además hemos patentado, fue bautizado como "torneado perfilado tipo pala" ("scoop turning"). Con el torneado perfilado tipo pala, el cliente pudo lograr una reducción del tiempo de ciclo del 80 %, con un enorme control de las virutas y una vida útil de la herramienta duplicada.
Por si fuera poco, el cliente pudo reducir el número de máquinas empleadas, de cuatro a una sola, con lo que eliminó la necesidad de realizar tareas múltiples al mismo tiempo, aumentó la seguridad de mecanizado de los procesos y abrió la puerta a una producción más ligera y ecológica. La reducción del uso de máquinas y la capacidad de completar ciclos de producción con menos cambios de herramientas gracias a unas calidades de mecanizado más resistentes, como la S205, están llamadas a ser factores clave para una producción aeroespacial más sostenible.
También desempeñará un papel fundamental el uso de un software apropiado, como la guía de herramientas CoroPlus® Tool Guide, que forma parte de las soluciones digitales de Sandvik Coromant. Los clientes pueden tomar decisiones cruciales para seleccionar las herramientas y los parámetros de corte incluso antes de comenzar la producción.
Círculo cerrado
Además de los nuevos enfoques en relación con las herramientas y los métodos de producción, los fabricantes de equipos originales del sector aeroespacial también pueden centrarse en el área de la fabricación. Según un informe del Grupo de Acción del Transporte Aéreo (ATAG, por sus siglas en inglés), Kaiser, la empresa que suministra aluminio a Boeing, utiliza ahora un sistema de reciclaje de aluminio de ciclo cerrado, uno de los mayores programas de su categoría en la industria. Con este sistema, Kaiser estima que la industria reutilizará cerca de diez millones de kilos de chatarra y restos de metal cada año.
En Sandvik Coromant, hemos puesto en marcha nuestro propio sistema circular de reciclaje de herramientas de metal duro, a través del cual recompramos las herramientas de metal duro desgastadas de nuestros clientes y las reutilizamos para fabricar otras nuevas. El resultado es que ahora la mayor parte de las materias primas utilizadas en las herramientas de metal duro provienen de materiales de rechazo. Por tanto, apostamos por una práctica empresarial sostenible en un contexto de recursos limitados y minimizamos el exceso de gasto. De este modo, hemos constatado que la fabricación de herramientas a partir de material reciclado requiere un 70 % menos de energía y emite un 40 % menos de dióxido de carbono.
La industria aeroespacial se encuentra sometida a presiones apremiantes para producir unas aeronaves más ecológicas capaces de recorrer largas distancias. Sin embargo, con los procesos y herramientas apropiados (sin olvidar un enfoque de la producción más integral), los fabricantes de equipos originales pueden poner su granito de arena en la construcción de un futuro más ecológico para el sector aeroespacial.
