El bobinado de filamentos transforma refuerzos continuos en estructuras compuestas huecas, depositando fibras sobre una herramienta giratoria mediante trayectorias controladas. Su vocabulario conecta tres decisiones: qué material se deposita, dónde se coloca y cómo se verifica el laminado terminado. Tubos, tanques, postes y recipientes a presión comparten gran parte de este lenguaje, aunque sus restricciones de fabricación sean distintas.

1. De la bobina de fibra al mandril

Mandril — Herramienta de conformado que sostiene la deposición y define la geometría interior. Puede ser extraíble, colapsable o sacrificable.

Liner — Barrera interior que puede permanecer en el producto. No constituye automáticamente una capa estructural resistente.

Portabobinas, tensor y guía de deposición — El portabobinas sostiene los paquetes de fibra, el tensor regula la tracción y la guía conduce la banda hacia la superficie. [1]

En el bobinado húmedo, el refuerzo seco recibe resina líquida durante la producción. El towpreg se suministra con la resina ya incorporada. El bobinado termoplástico requiere una estrategia adecuada de calentamiento y consolidación, en lugar de una reacción de curado termoestable. La elección del proceso modifica los requisitos de manipulación, almacenamiento y temperatura. [2, 3]

2. Terminología del refuerzo y la resina

Filamento, hilo, roving y tow — Un filamento es una fibra individual. Los haces mayores se denominan hilos, rovings o tows según el refuerzo y la terminología del proveedor.

Tex y número K — Tex expresa la masa lineal en gramos por 1.000 m. Designaciones de tow de carbono como 12K indican unos 12.000 filamentos; no especifican el ancho del haz.

Ancho de banda — Anchura del refuerzo depositado, medida perpendicularmente a su dirección. Varios haces pueden formar una banda. [1]

Matriz — Fase continua de resina que rodea el refuerzo; su ventana de procesamiento y sus propiedades tras el curado afectan a la fabricación y al comportamiento en servicio.

Impregnación y mojado — La impregnación introduce resina en el refuerzo. El mojado describe la eficacia con la que la resina moja las fibras. Una superficie brillante no demuestra por sí sola una impregnación interior completa.

Vida útil de la mezcla y tiempo de gel — La vida útil es el intervalo de trabajo utilizable en las condiciones declaradas. El tiempo de gel marca la formación de una red de gel. Ninguno de estos términos indica que el laminado haya alcanzado sus propiedades finales.

Ciclo de curado y poscurado — El programa térmico prescrito desarrolla la matriz termoestable. Puede especificarse un poscurado posterior para alcanzar las propiedades requeridas. Siga el programa validado del proveedor de resina.

3. Ángulo de bobinado: declare siempre la referencia

Aquí, 0° es la dirección axial y 90° la circunferencial. Los signos +α y −α distinguen inclinaciones opuestas en un sistema de coordenadas declarado. Por sí solos no ordenan la rotación horaria o antihoraria del mandril. Plano, simulación y programa CNC deben utilizar referencias compatibles. [1]

4. Bobinado circunferencial, helicoidal y polar

El bobinado circunferencial coloca fibras casi alrededor de la circunferencia y resulta eficaz para soportar cargas en esa dirección. Un pequeño avance axial distribuye vueltas adyacentes a lo largo del cilindro. El helicoidal combina rotación y movimiento longitudinal, produciendo trayectorias inclinadas. Recorridos opuestos pueden crear direcciones cruzadas. El polar conduce el refuerzo sobre los extremos y alrededor de las aberturas polares; su viabilidad depende de la geometría y de la configuración de la máquina. [2]

Domo y boss — El domo es la región curva del extremo de un recipiente. El boss es el accesorio terminal asociado a una abertura y a la estructura bobinada que la rodea.

Trayectoria geodésica — Trayectoria sobre una superficie que es localmente recta dentro de la geometría de esa superficie. En una superficie curva general, no tiene por qué parecer recta en una vista lateral.

Trayectoria no geodésica — Trayectoria que se aparta de una geodésica y puede necesitar contención lateral por fricción u otros mecanismos del proceso. Una trayectoria dibujada no demuestra que la fibra vaya a mantenerse en posición.

5. Movimiento, paso y velocidad

Para un cilindro ideal de diámetro constante D, sin deslizamiento y con deposición en régimen estacionario, la geometría superficial proporciona:

tan(α) = πDn / vₐ y p = vₐ / n

Aquí n es la velocidad del mandril en rpm, vₐ la velocidad axial de deposición en mm/min, D el diámetro en mm y p el avance axial por vuelta en mm/vuelta. Por tanto, tan(α) = πD/p. Estas relaciones describen la trayectoria de deposición cilíndrica; no modelan el movimiento en los domos ni las inversiones.

Ejemplo: D = 200 mm, n = 10 rpm y α = 60° dan vₐ ≈ 3.628 mm/min y p ≈ 362,8 mm/vuelta. Si el diámetro aumenta manteniendo fija la relación de velocidades, el ángulo cambia. Por ello, el control puede actualizar el movimiento a medida que crece el laminado.

6. Pasadas, circuitos y cierre del patrón

Una revolución es una vuelta del mandril. Una pasada suele ser un recorrido en un sentido. Un circuito normalmente incluye ida y vuelta. «Ciclo» es menos uniforme: el fabricante puede usarlo para un circuito, una repetición u otra operación programada. Registre la definición junto al recuento, sin suponer que un ciclo equivale a una revolución.

El cierre del patrón ocurre cuando la secuencia de trayectorias vuelve a su relación de repetición. Cierre y cobertura completa son verificaciones distintas: un patrón repetitivo aún puede contener huecos. La indexación es el desplazamiento circunferencial controlado entre deposiciones sucesivas. La inversión es la región terminal donde cambia el sentido del recorrido; el ángulo, la velocidad y la acumulación locales pueden diferir de los de la zona cilíndrica central.

Cobertura — Extensión de la superficie prevista cubierta por las bandas depositadas. Debe verificarse en la longitud útil y en los extremos.

Lámina o capa — Agrupación estructural o de fabricación del refuerzo. Indique si una capa representa una orientación, un par ±α o una secuencia completa de cobertura.

Laminado y secuencia de apilamiento — Construcción completa en capas y orden de sus orientaciones. Por ejemplo, [ +55 / −55 / 90 ] enumera tres orientaciones; aún deben definirse espesor y repetición.

Equilibrado y simétrico — Un laminado equilibrado combina contribuciones equivalentes de +α y −α. Un laminado simétrico refleja su construcción respecto al plano medio. Una propiedad no implica la otra.

7. Longitud útil y margen de recorte

La longitud útil es la parte conservada en el componente terminado. El margen de recorte es el material adicional eliminado tras la fabricación. Ambos difieren del recorrido total del carro, que puede incluir entrada, inversión y movimientos de separación.

8. Términos de calidad importantes en el taller

Fracción volumétrica de fibra, Vᶠ — Volumen de fibra dividido por el volumen total del compuesto. Difiere de la fracción másica; convertir entre ambas exige las densidades de los constituyentes y un tratamiento coherente de los vacíos.

Contenido de vacíos — Fracción del volumen interior vacío. Requiere un método de medición adecuado; la inspección visual de la superficie por sí sola no permite determinarlo.

Zona rica en resina y zona seca — Una zona rica en resina contiene relativamente poco refuerzo. Una zona seca presenta impregnación insuficiente. Su aceptación depende de los requisitos del producto.

Ondulación y deslizamiento de fibras — La ondulación es una desviación respecto a la alineación prevista. El deslizamiento es el desplazamiento del refuerzo respecto a su posición de deposición prevista.

Delaminación — Separación entre capas del laminado. Difiere de un arañazo superficial o de un hueco entre bandas adyacentes.

Tracción y compactación — La tracción es la fuerza de estiramiento aplicada al refuerzo. La compactación describe la consolidación del material depositado. La tracción influye en ella, pero la relación también depende de la curvatura, el ángulo y el comportamiento del material. [2]

9. Cómo redactar una especificación de bobinado inequívoca

Una receta utilizable identifica geometría, materiales, referencia angular, ancho de banda depositado, base de medición de la tracción, límites de velocidad, secuencia, definiciones de los recuentos, tratamiento de extremos, programa de curado y criterios de inspección. Los nombres de ejes X, Y, Z y A dependen de la máquina: defina sus funciones físicas sin tratar una letra como una convención universal del bobinado de filamentos.

Ejemplo de redacción: «Bobinar la zona cilíndrica a ±60° respecto al eje del mandril. Un circuito significa un recorrido de ida y otro de vuelta. Aplicar el número especificado de circuitos y verificar la cobertura en la longitud útil. Registrar el ancho de banda depositado, la tracción por haz y el diámetro real. Utilizar las recetas aprobadas de inversión y curado». Añada los valores numéricos y los límites de aceptación específicos de la pieza.

Referencias y lecturas complementarias

[1] Cadfil. Filament Winding Glossary. https://www.cadfil.com/help/html/glossary.htm

[2] University of Plymouth, MATS347. Filament winding and pultrusion. https://ecm-academics.plymouth.ac.uk/jsummerscales/MATS347/MATS347C9%20FWpult.htm

[3] Polar Technology. Filament Winding. https://www.polartechnology.co.uk/capabilities/filament-winding/

Todas las figuras son esquemas explicativos originales. El ejemplo numérico es ilustrativo.