Cómo hacer piezas de Fibra de Carbono
¿Quieres hacer piezas con Fibra de Carbono?¡Estás de suerte! Hemos creado este tutorial para fabricar tus piezas de manera rápida y sencilla con todos los métodos posibles.
Aprende a hacer tus propias piezas
Tutorial Completo: Fabrica tus piezas
Cuando observamos tela de fibra de carbono, nos encontramos con un material flexible y aparentemente frágil, similar a otras telas salvo por su aspecto futurista. Entonces te preguntarás ¿Cómo es que una tela se convierte en una pieza sólida y tan resistente? A continuación te contaremos cómo se logra y cómo puedes hacer tus propias piezas de fibra de carbono en casa o en el taller.
Espera, ¿realmente puedo hacer piezas de fibra de carbono en casa? ¡Por supuesto que sí! Aunque el proceso para obtener fibras de carbono y fabricar telas o cintas es algo complejo y costoso, crear piezas o estructuras es mucho más fácil de lo que mucha gente piensa. Después de leer este artículo podrás hacerlo de manera fácil, solamente presta atención.
Para generar una pieza sólida, rígida y resistente de fibra de carbono requerimos dos elementos clave: el refuerzo y la matriz, es decir, fibra de carbono y resina, respectivamente. Con estos dos elementos las posibilidades son infinitas y al igual que sucede con cualquier otro material, existen varios procesos y técnicas que podemos utilizar para conseguir los artículos que deseamos.
Lo primero que debes saber es que el refuerzo de fibra de carbono necesita de un polímero que le ayude a conseguir la rigidez que conocemos, y este trabajo lo realiza la resina. La resina es un polímero termoestable que al unirse a la fibra de carbono le otorga sus propiedades de resitencia a la tensión, al calor y a la corrosión entre otras. Para ello es necesario endurecer la resina con un catalizador o endurecedor. La resina más utilizada para fabricar piezas con fibra de carbono es la resina epóxica o epoxi.
La resina impregna la tela de fibra de carbono, pero ésta necesita curarse para aportar a nuestras piezas las propiedades mecánicas que deseamos. Este proceso de curación es la transformación de la resina de fase líquida a sólida, mediante el secado de la misma. Podemos acelerar el secado aplicando temperatura con un horno autoclave, aunque no es estrictamente necesario y ésto no afectará a la calidad del compuesto de carbono obtenido.
Una vez que se seca el polímero, las fibras de carbono quedan envueltas en una delgada capa de resina sólida y de esta manera obtenemos una pieza sólida y rígida. Al final del proceso, aunque creas que el resultado es un material delicado o frágil por su parecido a los plásticos, descubrirás que las piezas tienen una resistencia impresionante.
Procesos de fabricación de piezas en Fibra de Carbono
En general, todos los procesos tienen el mismo principio: Impregnar la fibra de carbono con resina, esperar el secado y obtener una pieza terminada.
Sin embargo, existen diferentes técnicas de fabricación que podemos utilizar según nuestras capacidades u objetivos. Podemos elegir la técnica que nos convenga ya sea para reducir costos, facilitar el manejo, mejorar las propiedades del producto final, aumentar la velocidad de producción, etc.
Los procesos de fabricación más comunes son:
A continuación veremos con detalle cada uno de estos procesos y te explicaremos paso a paso cómo puedes hacer piezas de fibra de carbono en tu casa o taller.
Laminado ó Hand Layup
Es el proceso más simple de todos y está recomendado para piezas que no tienen requerimientos tan estrictos, ni estética ni mecánicamente. Es un proceso de colocación y distribución a mano que nos permite obtener muy buenos resultados sin necesidad de grandes conocimientos y con costos más reducidos que otras técnicas.
Descripción del proceso
El proceso de laminación consiste en recubrir, con capas de tela de fibra de carbono, piezas preexistentes fabricadas en cualquier otro material. Así conseguiremos que la pieza se refuerce, sea más resistente y tenga la apariencia de una pieza producida con fibra de carbono en su totalidad.
Estas capas de tela se impregnan con un polímero (resina epoxi) para endurecerlas. Esta resina hace que la tela se adhiera firmemente a la pieza, obteniendo como resultado una pieza única y robusta. Al final obtendrás una pieza con la forma de la original, pero con acabado en fibra de carbono y claro, la resistencia propia del compuesto.
Usos recomendados
Se recomienda este método para principiantes, pruebas experimentales o para personas que no disponen de equipo e instalaciones adecuadas para técnicas más complejas.
Se puede utilizar para recubrir cualquier pieza pero el uso más extendido es el mundo de la automoción, sobretodo para embellecer partes como volantes, palancas de cambio, acabados de interiores, etc.
Pros y contras del método Laminado
Instrumentos y materiales necesarios
- Materiales
- Tela de fibra de carbono.
- Resina
- Endurecedor
- Accesorios
- Brocha para aplicar la resina
- Recipiente de mezclado (puede ser de plástico)
- Mezclador (un palito de madera es suficiente)
- Equipo de protección personal
- Guantes de nitrilo
- Lentes de protección
Hacer una pieza con fibra de carbono mediante laminación paso a paso
La idea del laminado es muy simple:
- Forrar las piezas con fibra de carbono.
- Impregnar las capas con suficiente resina, una por una y de manera uniforme.
- Dejar secar la tela impregnada.
¡Listo! Ya tenemos la pieza terminada. Como ves ha resultado muy sencilla de producir.
Si ya estás preparado para fabricar tus piezas solamente necesitas comprar materiales de fibra de carbono y comenzar a trabajar.
Infusión por vacío o RTI
El siguiente método que vamos a ver en este artículo es el de infusión por vacío o también llamado RTI (del inglés Resin Transfer Infusion). Este proceso es un poco más complejo y elaborado que el laminado, y con él obtenemos una estética de alta calidad y las mejores cualidades de las fibras de carbono.
Descripción del proceso
El proceso de moldeo por vacío consiste en hacer pasar la resina epóxica a través de la fibra por acción del vacío, y conseguir de esta manera que la tela se impregne totalmente. Además de esa impregnación y más importante aún si cabe, la pieza en fabricación estará sometida a una presión atmosférica que compactará las capas de fibra, evitando las burbujas micro y macroscópicas que le restan resistencia a la pieza final.
Es por eso que mediante esta técnica se consigue transferir al máximo las propiedades mecánicas del compuesto de carbono.
Para poder llevar a cabo la fabricación de productos con este método se necesitan algunos elementos como bolsa de vacío, mallas, tubos para resina, válvulas y equipo de generación de vacío. Además de los materiales y el equipo, se necesita un molde bien fabricado para que las piezas tengan un buen acabado.
Usos recomendados
Recomendado para piezas que requieran buena presentación, buen manejo del material y las mejores cualidades. De manera adicional, al trabajar con molde, es un proceso conveniente cuando queremos que las piezas sean repetibles.
Debido a las propiedades obtenidas, se usa para producir piezas estructurales como cofres de automóviles o asientos, elementos de protección y cualquier pieza compleja que podamos diseñar en molde.
Ventajas y desventajas del método RTI
Imágenes de apoyo
A continuación te mostramos dos imágenes explicativas para que te sirvan de guía a la hora de aplicar el proceso de infusión por vacío en la fabricación de tus piezas.
En la siguiente imagen se muestra un diagrama en el que se muestra el orden correcto que en el que debes colocar los materiales y accesorios durante la aplicación del método:
En la imagen de debajo te mostramos una diagrama con una representación esquemática de cómo funciona el proceso de infusión por vacío (RTI):
Instrumentos y materiales necesarios
- Materiales
- Tela de fibra de carbono.
- Resina
- Endurecedor
- Accesorios
- Recipiente de mezclado (puede ser de plástico)
- Mezclador (un palito de madera es suficiente)
- Bolsa de vacío
- Malla de vacío
- Peel-ply
- Cinta de vacío
- Equipos y otros artículos
- Molde
- Agente desmoldante
- Máquina de vacío
- Mangueras, conectores y válvulas de vacío
- Equipo de protección personal
- Guantes de nitrilo
- Lentes de protección
Hacer una pieza de fibra de carbono con infusión por vacío paso a paso
Para fabricar piezas mediante infusión por vacío realizaremos los siguientes pasos:
- Preparar el molde, limpiarlo y emplear agente desmoldante sobre él.
- Cortar la fibra de carbono, peel-ply, malla y bolsa de vacío en el tamaño adecuado al molde.
- Colocar fibra de carbono, peel-ply y malla en este orden sobre el molde.
- Colocar cinta de vacío sobre el molde alrededor de las capas puestas en el paso anterior.
- Ubicar y situar las mangueras y conectores de vacío alrededor de las capas del paso 3 para que la resina se transfiera a todo el molde.
- Encima de todo lo mencionado anteriormente, colocar la bolsa de vacío y sellar con la cinta de vacío que se colocó en el paso 4.
- En uno de los conectores, ensamblar y sellar la manguera que conecta la bomba de vacío con el molde.
- Probar el vacío revisando que no haya fugas. Si la bolsa de vacío se infla, buscar la fuga y realizar el sellado con la cinta de vacío.
- Preparar la resina con la proporción adecuada de catalizador (endurecedor).
- Colocar una manguera hacia el recipiente con la resina de tal forma que se tenga el siguiente orden: bomba de vacío -> resina -> molde preparado.
- Encender la máquina de vacío para que la resina pase a través del molde y se realice el impregnado de la resina en la fibra. Este proceso, dependiendo el tamaño del molde, dura pocos minutos.
- Una vez que la fibra está totalmente impregnada, detener el proceso, cerrar el paso de resina y dejar que la resina se cure. El proceso de curación de la resina tarda de 4 a 24 horas dependiendo el tipo de resina utilizada. Nunca uses más catalizador para acelerar este proceso. Si quieres que el proceso sea más rápido puedes usar un horno o autoclave a no más de 140 °C.
- Una vez que todo ha secado, quitar todos los materiales usados y desmoldar la pieza.
- Darle toques finales a la pieza, si se requiere cortes y pulido
¡Listo! Es un proceso más largo que el de laminado. Sin embargo, notarás que la pieza final es bastante más rígida, de mejor calidad y con una mejor estética en la cara que estuvo en contacto con el molde.
Si quieres empezar a producir tus piezas, solamente necesitas comprar fibra de carbono y accesorios y seguir las instrucciones.
Molde y Contra Molde (RTM)
El proceso RTM (del inglés Resin Transfer Moulding, Transferencia de Resina a Molde) o también conocido como Molde y Contra Molde es un proceso muy similar al proceso de infusión por vacío.
Descripción del proceso
Para realizar este proceso se requieren dos moldes que encajen entre sí, normalmente conocidos como molde y contra molde y entre estos moldes se realiza un proceso de infusión por vacío.
Las ventajas de usar este método contra el RTI es que la pieza tendrá un acabado liso estético en todas las caras que están en contacto con moldes; en contra parte, el proceso es más riguroso y se requieren necesariamente dos o más moldes.
Las características de este proceso es que se requieren al menos dos moldes que ajusten entre sí perfectamente.
En este proceso y el proceso RTI se puede curar la pieza a temperatura ambiente o en horno autoclave, según las necesidades del producto y las capacidades del equipo; así mismo, con estos procesos se generan productos de bajo costo y alta calidad para geometrías complejas.
Pros y Contras del método RTM
Imagen de apoyo
A continuación te mostramos una imagen de un diagrama que hemos desarrollado para que puedas comprender de manera sencilla el funcionamiento del método de molde y contramolde (RTM):
Instrumentos y materiales necesarios
- Materiales
- Tela de fibra de carbono.
- Resina
- Endurecedor
- Accesorios
- Recipiente de mezclado (puede ser de plástico)
- Mezclador (un palito de madera es suficiente)
- Bolsa de vacío
- Malla de vacío
- Peel-ply
- Cinta de vacío
- Equipos y otros artículos
- Molde
- Agente desmoldante
- Máquina de vacío
- Mangueras, conectores y válvulas de vacío
- Equipo de protección personal
- Guantes de nitrilo
- Lentes de protección
Hacer una pieza en fibra de carbono mediante RTM paso a paso
De manera general, para fabricar piezas mediante este proceso se practican los siguientes pasos:
- Preparar los moldes, limpiarlos y emplear agente desmoldante sobre ellos.
- Cortar la fibra de carbono en el tamaño adecuado al molde.
- Colocar capas (una sobre otra) de fibra de carbono sobre el molde.
- Colocar cinta de vacío sobre el molde alrededor de las capas puestas en el paso anterior.
- Ubicar y situar las mangueras y conectores de vacío alrededor de las capas del paso 3 para que la resina se transfiera a todo el molde.
- En uno de los conectores, ensamblar y sellar la manguera que conecta la bomba de vacío con el molde.
- Ajustar y colocar los contra moldes y revisar el sellado del mismo.
- Preparar la resina con la proporción adecuada de catalizador (endurecedor).
- Colocar una manguera hacia el recipiente con la resina de tal forma que se tenga el siguiente orden: bomba de vacío -> resina -> moldes preparados.
- Encender la máquina de vacío para que la resina pase a través de los moldes y se realice el impregnado de la resina en la fibra. Este proceso, dependiendo el tamaño del molde, dura pocos minutos.
- Una vez que la fibra está totalmente impregnada, detener el proceso, cerrar el paso de resina y dejar que la resina se cure. El proceso de curación de la resina tarda de 4 a 24 horas dependiendo el tipo de resina utilizada. Nunca uses más catalizador para acelerar este proceso. Si quieres que el proceso sea más rápido puedes usar un horno o autoclave a no más de 140 °C.
- Una vez que todo ha secado, desmoldar la pieza
- Darle toques finales a la pieza, si se requiere cortes y pulido ¡Listo!
Observarás que el proceso es más riguroso que el RTI o el laminado, sin embargo la pieza final tiene un acabado estético liso y perfecto en todas las caras.
Aquí puedes comprar fibra de carbono que necesitas para producir tus piezas.
Pre-preg
El método Prepreg es un proceso realmente interesante. En este caso se invierte el orden de algunas acciones, con lo que es una técnica diferente a las demás vistas en este tutorial.
Descripción el proceso
Los procesos que se mencionaron previamente requieren esencialmente dos elementos, la resina y la fibra, que se combinan una vez que se sitúan sobre una pieza o molde.
El pre-preg conjunta la resina y la fibra al mismo tiempo antes de situarlos en el molde. Las telas Pre-preg ya tienen impregnada la resina, pero sin estar curada o seca. Esto sirve para colocar y ajustar la tela sobre una superficie, molde o pieza y que posteriormente se realice el curado sin agregar más resina. De esta manera no habrá poca resina en la tela o exceso de la misma, quedando la proporción adecuada.
Ventajas y desventajas del uso de Prepreg
Instrumentos y materiales necesarios
- Materiales
- Accesorios
- Rodillo de colocación Pre-preg
- Equipos y otros artículos
- Moldes
- Horno
- Equipo de protección personal
- Guantes de nitrilo
- Lentes de protección
Hacer una pieza con Prepreg paso a paso
De manera general, para fabricar piezas mediante este proceso se practican los siguientes pasos:
- Preparar los moldes, limpiarlos y emplear agente desmoldante sobre ellos.
- Cortar la fibra de carbono pre-preg en el tamaño adecuado al molde.
- Colocar fibra de carbono sobre el molde usando el rodillo u otro instrumento que ajuste perfectamente la tela en el molde.
- Meter la pieza final al horno a 140 °C máximo durante 2 horas al menos.
- Una vez que el pre-preg (resina) ha curado, desmoldar la pieza.
- Darle toques finales a la pieza, si se requiere cortes y pulido ¡Listo!
El proceso pre-preg parece el más sencillo de todos y vaya que lo es, pero no sirve para todas las piezas y geometrías.
Si quieres probar este método aquí puedes comprar una muestra:
Prepreg 3 K + 12 K – 100% fibra de carbono hecho en Estados Unidos
- Fabricado en los Estados Unidos – Autoclave Prepreg – Brillante en un lado / textura de capa de pelar el otro lado
- 2×2 3K Twill Hexcel AS4 640ksi/33.5Msi y 12K Hyosung H2550 711ksi/36.3 Msi Fibras
- El sistema de resina Prepreg es Solvay VTM264.
- 304 x 457 x 2 mm – 72% fibra / resina
Esperamos que este tutorial te haya gustado y te sirva para experimentar y hacer tus propias piezas.