SABIC & Airborne Lanceren Digitale Composietlijn voor Vezel-versterkte Thermoplastische Laminaten

SABIC heeft zich verbonden met Airborne om de Digital Composites Manufacturing Line te ontwikkelen, die UD thermoplastische banden snel laminateert in near-net-shape vlakke laminaten (links), ze dan consolideert in een contact-verhittingsproces (midden), en tenslotte afsnijdt en inspecteert (rechts). Airborne verwacht volgende jaar custom laminaten te gaan leveren aan consumentenelektronica-klanten. Bron | SABIC.

SABIC (Bergen op Zoom, Nederland) besliste in 2012 om in thermoplastische composietbanden te stappen. Het bedrijf had al een breed polymere aanbod in korte-vezel injectie en lange-vezel thermoplastische (LFT) materialen (beide met glas- en koolstofvezelversterking), dus continue-vezelbanden waren een logische uitbreiding van zijn kerntechnologie. Bovendien stemde de zwaartekracht naar thermoplastische banden overeen met industrietrends die materialen en processtechnologieën favoriseren met lagere energieverbruik en die duurzamer zijn en een gezonder milieu voor werknemers mogelijk maken. SABIC raakte overtuigd dat er veel onbenutte kansen waren voor thermoplastische banden in meerdere markten (zie "Consumentenelektronica: hybride composiet hoesjes").

Initieel besloot het team betrokken bij thermoplastische banden om zich te richten op drie onderling gerelateerde technologieën: materialen, ontwerp en verwerking.

"Ons doel was om een bandtechnologie te ontwikkelen die in staat was tot massaproductie, kostenefficiëntie en reproduceerbaarheid zodat elk onderdeel dezelfde hoge kwaliteit had," legt Gino Francato, SABIC globale composietenleider, uit. "We wilden dat elk materiaal dat we produceerden goed verwerkbaar was, erg efficiënt en in een heel korte cyceltijd vormgegeven kon worden. En aangezien veel van onze klanten meer vertrouwd waren met metaalontwerp, wisten we dat we nieuwe concepten en ontwerphulpmiddelen moesten brengen."

Uitgebreide benchmarking verhelderde dat de sleutelparameters voor consistent het maken van hoogwaardige, dunne banden met de gewenste dimensionale stabiliteit vezelverspreiding en impregneringstechnologieën waren. Uiteindelijk kwam SABIC in contact met Fiber Reinforced Thermoplastics B.V. (Lelystad, Nederland), die de nodige expertise bood, en SABIC verwierf een meerderheidsaandeel in het bedrijf in 2015.

Niet verrassend vertegenwoordigde ontwerp en procesmodellering een ander tekortkomingsgebied. Terwijl veel SABIC-klanten comfortabel waren met ontwerpen met korte- en lange-glasvezel injectievormingsgraden, waren continue-vezelproducten een ander verhaal, met name in combinatie met injectie overmolding.

"Industrieën als auto en consumentenelektronica kunnen geen zaken meer doen met trial-and-error [maken en breken] benaderingen, dus ze moeten precies weten hoe ze het gedrag van elk van deze materialen en de interactie ertussen kunnen voorspellen," legt Scott Davis, SABIC staff scientist-globale toepassingstechnologie, uit. Dat leidde tot een ambitieus programma binnen SABIC om voorspellende tools te ontwikkelen die in concert zouden werken met populaire structurele en proces computer-aided engineering (CAE) tools. Materiaalkaarten zijn momenteel naar verluidt beschikbaar voor finite-element analyse (FEA)-gebaseerde pakketten zoals LS-DYNA (van Livermore Software Development Corp., Livermore, Calif.) en ABAQUS (van Dassault Systèmes, Vélizy-Villacoublay, Frankrijk).

Een andere realisatie die snel volgde was dat in staat zijn om consistent goede banden te produceren niet genoeg zou zijn voor zo'n "onderontwikkelde" technologie, omdat procesengineering know-how en geautomatiseerde apparatuur om banden bij hoge productiesnelheden te hanteren nog niet op het niveau waren dat het team voelde dat ze nodig hadden.

"We verwachtten dat veel bedrijven in staat zouden zijn om dit soort hoogwaardig product te produceren, maar dat was niet het geval," voegt Francato toe. "We keken naar de industrie en keken naar veel bedrijven, maar de meeste waren gericht op de behoeften van auto, en we konden er geen vinden die we voelden op het juiste niveau waren - vooral om de consumentenelektronica markt te bedienen." Dat was toen SABIC's composietbandteam geïntroduceerd werd aan Airborne (Den Haag, Nederland), een machinemaker en ontwikkelaar van composietverwerkingslijnen. Airborne had al succes gehad met het ontwikkelen van apparatuur om pijpen van thermoplastische banden te maken voor de olie- en gasindustrie. Het bedrijf had ook ervaring met thermoset banden in de luchtvaartindustrie.

"We voelden dat Airborne dezelfde doelen had als wij," vervolgt Francato. "Ze waren niet alleen machinebouwers, ze kenden ook composieten en kenden de uitdagingen met composieten," legt hij uit. "Ze hadden al deze ervaring in het automatiseren van bandlijnen, maar wilden niet in materialen komen, en we hadden de materiaalkennis maar automatisering was niet ons competentiegebied."

In 2017 kocht SABIC een minderheidsaandeel in Airborne; de twee bedrijven werkten samen om het proces en de apparatuur te ontwikkelen die nodig was om thermoplastische band-gebaseerde laminaten in hoog volume - miljoenen per jaar - in een volledig geautomatiseerde omgeving te produceren. Dit systeem zou uiteindelijk de Digital Composites Manufacturing Line worden genoemd (zie "Hoog-snelheid, hoog-volume thermoplastische composietproductie").