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En el sector aeronáutico, aeroespacial, automóvil, de las infraestructuras y otros se incorporan, cada vez más, componentes fabricados con composite: laminados poliméricos reforzados con fibra de carbono (CFRP) o de vidrio (GFRP), núcleos NOMEX, etc. Estos basan su éxito en su capacidad de maximizar la resistencia mecánica y mantener un peso bajo. En muchos casos, se trata de componentes estructurales cuya integridad debe ser garantizada (alas, fuselaje, estabilizadores, etc.). Ello requiere que los posibles defectos de fabricación hayan sido detectados y evaluados previamente mediante técnicas de Evaluación No Destructiva (END), para no comprometer la seguridad del componente en servicio.

Nuthic 01

 

La tendencia actual de diseño es el reemplazo de piezas metálicas por fibra de carbono. Se ha pasado en menos de 20 años de 5 % del peso del avión a más del 50% en el nuevo boeing 787 [1]. Sin embargo, este proceso se ve limitado por la capacidad de inspección con los actuales sistemas ultrasónicos, principalmente en tres situaciones:

Piezas complejas y de reducido tamaño: La sustitución de piezas metálicas por CFRP de idénticas dimensiones, concepto conocido como "black metal design", hace que entren en producción piezas de geometría muy compleja y tamaño reducido, cuya inspección no se puede realizar con los actuales pórticos rígidos de grandes dimensiones. Hasta el momento, la solución ha sido la inspección manual, la cual se prevé se convierta en un cuello de botella cuando el volumen de piezas fabricadas aumente significativamente, aumentando también el coste de producción.

Nuthic 02 Nuthic 03

 

Estructuras de alta integración: Las nuevas estructuras altamente integradas (Fig. 5) consisten en componentes de gran tamaño y geometrías complejas que se conforman con la fibra en fresco sobre un molde y se curan en un único ciclo de autoclave, reduciendo así el consumo energético y el tiempo de fabricación. En gran medida, la generalización de esta metodología también está siendo limitada por los actuales sistemas automáticos de inspección, que no son capaces de abordar geometrías complejas y, en algunos casos, cerradas. Un ejemplo de ello es el proyecto Eurostar NUTHIC E8229! (https://www.eurostars-eureka.eu/project/id/8929 ) liderado por DASEL, el cual ha desarrollado, junto a ASG e INNOTECUK un grupo de tecnologías de inspección sin contacto.

 

logo nuthicNUTHIC comenzó a principios de 2015, con una duración de 36 meses y un presupuesto global de alrededor de 1,6 millones de euros. El consorcio estaba formado por dos países (España y el Reino Unido) y 3 empresas (DASEL, ASG e INNOTECUK), con la asistencia de dos organizaciones de investigación subcontratadas (CSIC y FIDAMC) 

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"NUTHIC E! El proyecto 8929 (parcialmente financiado por el Programa Eurostar 2) tiene como objetivo desarrollar un sistema de inspección por ultrasonidos acoplado al aire totalmente automático y adaptable para componentes compuestos altamente integrados, cuyas geometrías complejas y acceso difícil evitan el uso de equipos de última generación".

 

El objetivo de este proyecto es proporcionar a la industria de fabricación aeroespacial una solución de inspección por ultrasonidos sin contacto adaptativa y automatizada para piezas de composite altamente integradas Este documento presenta los resultados del proyecto en estructuras de fibra de carbono .Los cuales son inspeccionados con ultrasonido sin contacto, evitando el acoplamiento de agua y reduciendo el tiempo de inspección al realizar la inspección en el mismo entorno limpio

 

Desafíos de NUTHIC resumidos en tres áreas principales:

• Se desarrolló una novedosa tecnología de Phased Array UT acoplada al aire, con un gran ancho de banda y bajas pérdidas de inserción. Dicha tecnología no está disponible comercialmente y fue desarrollada por el consorcio. Las técnicas de Phased Array aumenta el Nuthic 04rendimiento global, al tiempo que permiten acciones correctivas para algunas desalineaciones de partes de transductores, que no son posibles con sondas de mono / multi-elemento convencionales. El principal desafío fue adaptar la alta impedancia acústica del transductor a la baja impedancia del aire para minimizar las pérdidas de inserción y obtener una sensibilidad aceptable mientras se lograba una respuesta de banda ancha del transductor y una alta resolución espacial.

 

• Se obtuvo técnicas de inspección acopladas al aire con resolución y sensibilidad comparables a las soluciones acopladas de agua de última generación. Aunque los transductores matricialesNuthic 05 proporcionan una mejor resolución y contraste en comparación con los transductores de elemento único, eso no es suficiente para aplicaciones acopladas por aire. Por ejemplo, ligeras desalineaciones o cambios sutiles en la geometría de los componentes, pueden conducir a una fuerte modificación de la ruta del ultrasonido debido al gran índice de refracción entre el aire y los materiales compuestos, lo que probablemente produzca graves pérdidas de señal. Este es un desafío fue importante para NUTHIC.

 

• Se desarrollo de un dispositivo de inspección adaptativo capaz de moverse dentro de estructuras cerradas de forma cambiante. Dicho dispositivo se coloco dentro de la estructura cerrada Nuthic 06para ser inspeccionado y será guiado por sus paredes internas que actúan como referencia. Se desarrollo una solución motorizada para controlar la posición del dispositivo de inspección dentro de la estructura cerrada y se usó un conjunto de sensores para monitorear su posición real en relación con el punto de partida. La estructura mecánica estaba diseñada para ajustarse / actualizarse fácilmente a diferentes tamaños de estructuras cerradas. Un segundo cabezal de inspección rastreará el dispositivo interno para realizar una inspección a través de la transmisión. La coordinación entre ambos dispositivos era esencial, siendo otro de los desafíos del proyecto.

 

 

Miembros del consorcio y tareas principales:

Nuthic daselDASEL se ocupó del desarrollo del sistema de ultrasonido, debido a su experiencia en el diseño y fabricación de sistemas de inspección . Para esta tarea, DASEL subcontrató también al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), que ha desarrollado un proceso innovador para fabricar transductores y sondas de arreglo matricial para emisión y recepción en aire. Las pruebas han demostrado el potencial de esta tecnología para la inspección de material compuesto, con resolución y contraste mejorados debido a su enfoque y capacidad de escaneo lineal, como se muestra en este trabajo.

Nuthic innotecuk Nuthic asgINNOTECUK y ASG trabajaron juntos por el desarrollo de una robótica altamente modular y adaptable. La solución ideada por el consorcio es desarrollar un robot compatible capaz de viajar dentro de las piezas, mientras se adapta a los cambios en la geometría, coordinado con un segundo cabezal de inspección que cubrirá la parte desde el exterior, permitiendo aplicar técnicas de transmisión de canales. Un objetivo de este proyecto es obtener una solución flexible que permita una fácil reconfiguración para diferentes estructuras. ASG recibe el apoyo de FIDAMC, un centro de investigación compuesto que forma parte del grupo EADS que ha sido subcontratado.

Nuthic fidamcEl papel de FIDAMC es definir el conjunto de componentes representativos de las configuraciones reales en la industria de fabricación aeroespacial, para lo cual el desarrollo del cabezal de escaneo se orientará por primera vez al proyecto. Esto es esencial para obtener, al final del proyecto, una solución de inspección lista para el mercado compuesto. FIDAMC fabricará maquetas con defectos artificiales para validar la solución propuesta.pio de la línea de producción.

 

Conclusiones:

El proyecto NUTHIC concluyó en diciembre de 2017 y dio como resultado el desarrollo de un sistema de inspección flexible basado en ultrasonidos acoplados al aire. Es importante destacar la acción fundamental del CSIC en el proyecto NUTHIC, a través de los contratos de investigación TUPACA y MICA destinados a desarrollar transductores y preamplificadores acoplados al aire optimizado para esta aplicación.

Nuthic 05La tecnología UT sin contacto ha demostrado su potencial para competir con los métodos de inmersión tradicionales basados en el acoplamiento de agua y gel. Como se observa en la figura de la izquierda C-scan con acoplamiento en agua vs C- scan con tecnología NUTHIC ( derecha).

 

 

Las pruebas iníciales llevadas a cabo en la medición de la porosidad son muy prometedoras, como se observa en la siguiente figura ( imagen de la izquierda porosidad medida con técnicas convencionales de inmersión en agua , imagen de la derecha mediciones Nuthic 07hechas con tecnología Nuthic).

 

 

 

 

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