• Este caso demuestra cómo la combinación de optimización topológica, fabricación aditiva multimaterial y refuerzo mediante fibras continuas de carbono puede transformar el diseño de componentes estructurales de alto valor añadido.
• La aplicación de la tecnología CFIP permitió desarrollar un soporte de antena satelital capaz de superar las prestaciones de referencia en resistencia, reducir de forma drástica el peso del conjunto y disminuir los costes de producción.
• El resultado es una solución que evidencia el potencial de las tecnologías avanzadas de diseño y fabricación para responder a los retos de sectores tan exigentes como el aeroespacial.

En la industria aeroespacial, cada gramo tiene un valor tangible y la razón es sencilla: el coste de poner una carga útil en órbita sigue siendo extraordinariamente elevado. Si hace 30 años, un kilogramo en órbita costaba 10.000 dólares, el tiempo y la tecnología no han reducido el precio.

Con esta premisa como punto de partida, MADIT METAL, PANTUR y REINFORCE3D, han desarrollado un soporte estructural para antena satelital. Una estructura que, aunque pueda parecer un componente secundario dentro de un sistema espacial mucho más complejo, su función resulta crítica.

Y es que sobre sus hombros descansa la responsabilidad de garantizar la estabilidad de la antena durante toda la vida útil de la misión, soportar las cargas mecánicas previstas y hacerlo con el menor peso posible.

El reto era especialmente interesante porque ya existía una solución de referencia. El componente había sido desarrollado previamente por la empresa RUAG mediante optimización topológica y fabricación aditiva metálica, dos tecnologías que representan el estado del arte en diseño estructural ligero para aplicaciones de alta exigencia.

El objetivo: llevar la optimización un paso más allá

Partiendo de esa referencia, el desafío consistía en explorar hasta dónde podían llegar las tecnologías avanzadas de diseño y fabricación para mejorar simultáneamente el rendimiento estructural, el peso final de la pieza y los costes asociados a su producción.

Para lograrlo, era necesario replantear tanto la arquitectura de la pieza como los materiales empleados y la estrategia de fabricación. El objetivo no era únicamente fabricar un componente más ligero, sino desarrollar una solución técnicamente validada que respondiera a los exigentes requisitos de la industria aeroespacial en términos de resistencia, rigidez, comportamiento dinámico y estabilidad estructural.

Una metodología de diseño concebida para la tecnología CFIP

El proyecto comenzó con una fase de diseño conceptual y optimización topológica. Reinforce3D lideró el desarrollo asumiendo las tareas de diseño, simulación por elementos finitos, refuerzo mediante tecnología CFIP y ensayos mecánicos. Por su parte, Pantur, Service Bureau de referencia especializado en fabricación aditiva industrial y en la aplicación de la tecnología CFIP, fue el encargado de fabricar la pieza polimérica de la estructura mediante tecnología Multi Jet Fusion (MJF). MADIT METAL fabricó la pieza metálica mediante tecnología Selective Laser Melting (SLM).

A partir de los resultados de la optimización, se desarrolló el diseño de detalle mediante herramientas CAD 3D. Reinforce3D optimizó las trayectorias de fibra implementando un método basado en iteraciones de diseño y simulación por elementos finitos hasta llegar a definir una trayectoria óptima que cumpliera todos los requerimientos con el mínimo peso. Posteriormente realizó el diseño de detalle mediante herramientas CAD-3D que se simuló para validarlo antes de proceder a la fabricación del prototipo.

La solución: fabricación híbrida y refuerzo con fibra continua

La estrategia de fabricación se apoyó en la combinación de diferentes tecnologías aditivas y materiales avanzados.

La estructura final se compuso de dos piezas impresas en 3D: una fabricada en poliamida PA12 mediante tecnología Multi Jet Fusion (MJF) y otra producida en aleación de aluminio mediante Selective Laser Melting (SLM). Posteriormente, ambas partes fueron reforzadas y unidas de forma integral mediante fibras continuas de carbono y resina epoxi utilizando la tecnología CFIP.

Esta configuración permitió aprovechar las ventajas específicas de cada material y proceso de fabricación, generando una estructura optimizada para soportar las exigencias mecánicas de la aplicación con una cantidad mínima de material.

Validación experimental de los resultados

Una vez fabricado el componente, el siguiente paso consistió en verificar experimentalmente su comportamiento.

La estructura fue sometida a ensayos de laboratorio para caracterizar sus prestaciones mecánicas, especialmente en términos de resistencia y rigidez. Los resultados obtenidos mostraron una elevada correlación con las predicciones realizadas durante la fase de simulación, confirmando la validez de la metodología de diseño aplicada.

Además, la resistencia alcanzada por la solución desarrollada resultó ligeramente superior a la obtenida por la estructura de referencia, demostrando que la reducción de peso no comprometía el comportamiento estructural de la pieza.

Resultados: menos peso y menor coste de fabricación

El proyecto culminó con dos logros especialmente relevantes. Por un lado, se consiguió una reducción drástica del peso respecto tanto a la estructura original fabricada mediante métodos tradicionales como a la solución optimizada de referencia. Este resultado adquiere una relevancia especial en aplicaciones espaciales, donde cada gramo eliminado contribuye directamente a mejorar la eficiencia económica de la misión.

Por otro lado, también se logró una reducción significativa de los costes de fabricación. Según el estudio, este ahorro estuvo impulsado principalmente por la disminución del tamaño de la parte metálica necesaria dentro de la solución final, permitiendo aprovechar de forma más eficiente los recursos de fabricación avanzada.