El alumno Udane Olaziregi Cuevas obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE
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- Título de tesis: Hibridación de forja de composites termoplásticos con insertos de fabricación aditiva de fibra continua para aplicaciones estructurales del sector del transporte
Tribunal:
- Presidencia: Miguel Ángel Sánchez Soto (Universitat Politècnica de Catalunya)
- Vocalía: Rubén Ansola Loyola (UPV/EHU)
- Vocalía: Maider Iturrondobeitia Ellacuria (UPV/EHU)
- Vocalía: Isabel Harismendy Ramírez de Arellano (Tecnalia)
- Secretaría: Jon Aurrekoetxea Narbarte (Mondragon Unibertsitatea)
Resumen:
En el contexto actual de la descarbonización del sector del transporte, los vehículos eléctricos han adquirido un papel protagonista como alternativa a los vehículos de combustión. Sin embargo, la creciente demanda de autonomía implica un aumento de la capacidad de las baterías, lo que conlleva un incremento del peso del vehículo. En este contexto, el aligeramiento estructural se ha convertido en una estrategia clave en el sector, motivando a los fabricantes a explorar nuevos materiales y soluciones que permitan reducir el peso del vehículo sin comprometer sus prestaciones.
La presente tesis doctoral aborda el desarrollo de nuevas soluciones estructurales de composite orientadas a sustituir componentes metálicos en la automoción. El objetivo principal es hibridar insertos de composite de fibra continua, fabricados mediante tecnologías de fabricación aditiva, con procesos industriales de forja de composites termoplásticos, con el fin de obtener componentes híbridos capaces de competir con soluciones metálicas en términos estructurales y medioambientales. Esta estrategia de hibridación busca explotar el efecto sinérgico de ambos procesos, combinando sus ventajas y mitigando sus limitaciones individuales.
En primer lugar, se analiza el fenómeno de la separación fibra-matriz (FMS) en componentes forjados de GMT (glass mat thermoplastic) mediante caracterización microestructural, permitiendo mapear la redistribución de fibra e integrarla en modelos numéricos que consideran el estado real del componente forjado (as-manufactured). Los resultados evidencian la importancia de los modelos as-manufactured, ya que los modelos idealizados que no consideran la microestructura generada en la forja (as-designed) pueden sobreestimar hasta en un 106% la rigidez y en un 86% la resistencia de los componentes. La validación experimental (con desviaciones inferiores al 2%) confirma la capacidad predictiva del modelo numérico desarrollado.
En segundo lugar, se desarrollan insertos de fabricación aditiva de fibra continua mediante una metodología de diseño que combina la optimización topológica y la adaptación a la fabricación aditiva. Estos insertos introducidos en la forja de GMT, permiten reforzar eficazmente las zonas afectadas por el FMS, alcanzando mejoras de hasta un 157% en rigidez, un 373% en resistencia y un 1630% en energía absorbida. La optimización del inserto, incluyendo la reducción del espesor y la consideración de la anisotropía del material, permite mejorar la eficiencia estructural y los mecanismos de fallo. Asimismo, se evalúan tecnologías alternativas de mayor productividad para los insertos (como cintas UD o insertos de organosheet). Aun así, los resultados muestran el potencial de la fabricación aditiva de composite de fibra continua por su capacidad para generar arquitecturas de refuerzo optimizadas y adaptadas a geometrías complejas.
Finalmente, se analiza la viabilidad industrial del concepto de hibridación mediante un caso de estudio de una viga anti-intrusión. Se demuestra que una viga híbrida de composite es capaz de igualar las prestaciones mecánicas de una viga de aluminio convencional, al mismo tiempo que reduce el impacto ambiental. En resumen, los resultados (tanto experimentales como del análisis de ciclo de vida) confirman el potencial de la hibridación de procesos de composite como una estrategia viable para el desarrollo de estructuras ligeras y sostenibles en automoción.