SAAT – Proceso de Soldadura Avanzada para la fabricación de Aeroestructuras de Composite Termoplástico

El objetivo principal del proyecto es avanzar en la implementación a gran escala de la soldadura de termoplásticos de altas prestaciones mediante ultrasonidos, con el fin de contribuir a la producción competitiva y sostenible de estos materiales. SAAT plantea el desarrollo de tecnologías que permitan soldaduras de alta calidad en estructuras aeronáuticas de forma robusta y flexible.

Los objetivos del proyecto SAAT son:

Desarrollar modelos termo-mecánicos de simulación avanzada para optimizar el proceso de soldadura por ultrasonidos.

Desarrollar estrategias para las uniones termoplásticas soldadas con metodología Model-Based System Engineering (MBSE).

Desarrollar un cabezal de soldadura optimizado y monitorizado, integrando sensores y un sistema de control avanzado.

Desarrollar un sistema de inspección no destructiva basado en vibrotermografía para determinar in situ la calidad de la unión.

SAAT incluye el desarrollo de herramientas de diseño (MBSE) y simulación multifísica del proceso de soldadura, un nuevo cabezal de soldadura flexible que integra sistemas de monitorización y control en tiempo real, y un sistema de inspección no destructiva (NDT) en línea basado en vibrotermografía. Además, generará una herramienta digital de apoyo a la decisión, que usará analítica avanzada de datos de Inteligencia Artificial (IA) para correlacionar los parámetros del proceso con la calidad de la unión y la generación de defectos.

El consorcio SAAT abarca toda la cadena de valor, desde desarrolladores de tecnología hasta un usuario final («early adopter»), está formado por 4 empresas: CT (líder del consorcio), SOFITEC (fabricante de aeroestructuras), MECASONIC (desarrollador de equipos de soldadura por ultrasonidos), y SYSPRO (proveedor de soluciones de automatización y digitalización). Participa además, como entidad subcontratada, AIMEN (centro tecnológico especializado en procesado, digitalización y automatización de materiales compuestos).

CT contribuye en el proyecto mediante el desarrollo de herramientas digitales, simulaciones avanzadas de la soldadura y metodología MBSE, que permiten definir uniones termoplásticas en piezas estructurales y optimizar los procesos de soldadura ultrasónica.

Esquema soldadura termoplástica desarrollado y ensayado en proyecto SAAT

Los resultados obtenidos en el proyecto SAAT: El proyecto ha logrado validar un proceso avanzado de soldadura por ultrasonidos (UT) para estructuras compuestas termoplásticas (TPCs). Entre los logros más destacados se encuentra la capacidad de realizar uniones fiables en espesores de hasta 8 mm, lo que supone un avance significativo respecto a las limitaciones técnicas que existían hasta ahora en el sector.

Este avance ha sido posible gracias a la colaboración del consorcio, formado por SOFITEC, AIMEN MECASONIC y SYSPRO.

CT ha centrado su trabajo en mejorar la precisión y la eficiencia del diseño de las uniones:
El equipo de CT ha diseñado dos modelos metafísicos de simulación (uno mecano-elástico y otro térmico) destinados a optimizar la soldadura. Estos modelos se han nutrido de los datos experimentales de AIMEN, logrando una precisión predictiva excepcional.

Además, se ha desarrollado una herramienta de diseño basada en Ingeniería de Sistemas Basada en Modelos (MBSE). Este entorno permite centralizar toda la información de el análisis y la fabricación de uniones de TPCs en un marco único, facilitando el desarrollo de uniones más eficientes y adaptadas a las exigencias operativas reales.

Para certificar el éxito de la investigación, el consorcio ha fabricado un demostrador a escala real de un metro de longitud. Esta pieza, que presenta espesores variables, ha sido ensamblada mediante dos cordones continuos de soldadura por ultrasonidos, demostrando que esta tecnología no solo es viable en el laboratorio, sino que está lista para su escalado en la industria aeroespacial.

Con la finalización de SAAT, CT reafirma su compromiso con el desarrollo de tecnologías que hacen posible un transporte aéreo más ligero, eficiente y respetuoso con el medio ambiente.