SAMPE 2018 keynote belicht toekomst van composietmaterialen

De SAMPE 2018 algemene zitting omvatte de aankondiging van de top drie papers gepresenteerd op de conferentie, en een keynote gepresenteerd door Carmelo Lo Faro, president Solvay Composite Materials (Alpharetta, GA, VS).

De top drie papers waren:

• Eerste plaats: "Fabrication of Out-of-Autoclave Prepreg with High Through-Thickness Permeability by Polymer Film Dewetting," Sarah G. K. Schechter, Timotei Centea en Steven R. Nutt
• Tweede plaats: "Warpage of Thin-Gauge Compression-Molded Panels with Discontinuous Long Fiber Carbon/Polyetheretherketone," Caroline Collins en Pascal Hubert
• Derde plaats: "Recycling of Amine/Epoxy Composites Using Chemical Treatment at Atmospheric Pressure," Yijia Ma, Travis J. Williams en Steven R. Nutt

Voor zijn keynote schetste Lo Faro de materialenevolutie, van koper in 8700 v.Chr., stroop/modder stenen in 2500 v.Chr., staal in 1851 n.Chr., aluminium in 1889, titanium in 1950, tot de evolutie van composieten in de jaren '50 en '60, gevolgd door de groei van luchtvaarttechnologieën (1970-2010) in commerciële en defensiegerelateerde doorbraken.

In die context sprak hij over drie 'eras' van composieten: De verlichtingsera (1970-1995), de fabricage-era (1995-heden) en de volgende era, die hij de industrialisatie- en simulatiera noemde.

Hij wees erop dat automatisering van fabricageprocessen een significante enabler is geweest voor composietconstructie in commerciële vliegtuigstructuren. Vandaag verbetert infusietechologie de betaalbaarheid en resulteert in een haalbare fabricagesnelheid, voegde hij toe, met als voorbeeld Bombardier's (Montreal, QC, Canada) C Series vleugel, gemaakt met hoge pot-leven hars en non-crimp fabric. Hij benadrukte de CFM LEAP motor waaierblad, gemaakt met getougde hars en 3D geweven preforms; en Moskou, Rusland-gebaseerd Irkut's MS-21 vleugel, gemaakt via geautomatiseerd vezelplaatsen droge tape geïmpregneerd met getougde hars. "Ik geloof niet dat aluminium en titanium zoveel hebben bereikt in hun eerste 30 jaar als composieten in hun eerste 30 jaar," betoogde hij.

Kunnen we overwinning claimen? vroeg Lo Faro. Kort antwoordde hij, nee – er kan nog veel meer gedaan worden. Om verder te groeien, moeten composieten meer waarde leveren, zei hij. Toekomstige uitdagingen en kansen kunnen persvormen, thermoplastische composieten voor grote structuren, additieve fabricage, hechten, simulatie, complexiteit managen, en natuurlijk kosten omvatten.

LoFaro voegde "een kleine waarschuwing – de hype cycle," waar interesse wordt geëxagereerde enthousiasme (hype), en dan, "na een tijd van desillusie," zijn plaats in de realiteit vindt. De toekomst, zei hij, zal gedreven worden door industriële schaal en economieën; convergentie van luchtvaart- en auto-praktijken; en het verhoogde belang van productiesystemen vs. eindproducten.

Overgaand op thermoplastische composieten, besprak Lo Faro PEEK, PEKK, PAEK en continue compressievormen. Thermoplastische composieten zijn niet nieuw, herinnerde hij zijn luisteraars. Verder verwacht hij groei in de 21e eeuw mogelijk gemaakt door de rijping van kosteneffectieve, auto-achtige fabricageprocessen ontwikkeld in de afgelopen 15 jaar: met name compressievormen, continue compressievormen en stamperen. Als de luchtvaart toeleveringsketen grote thermoplastische composietstructuren wil ontwikkelen en bouwen, dan moet het out-of-autoclave vorm-/vormsystemen volwassen maken die capabel zijn van snelle verwarming/afkoeling.

Lo Faro raakte ook additieve fabricage (AM). Initieel, zei hij, kan AM de fabricage van hulpmiddelen en fixaties ondersteunen. In de toekomst kan AM on-demand hulpmiddelfabricage bieden, en kan het composietonderhoud- en reparatieoperaties (MRO) verbeteren. Hier ook, zei hij, zijn kansen om AM te koppelen met machine learning. Echter, hij zei, meer samenwerking is nodig tussen machine- en materiaalleveranciers.

Lo Faro noemde drie belangrijke simulatie- en modelleringsbehoeftes voor de composietenindustrie:

• Moleculaire modellering – informerend experimenten en versnellend time-to-market
• Kunstmatige intelligentie – toegepast op materiaalontwerp en -ontdekking
• Certificering door analyse – wat hij de Heilige Graal noemde

Deze technologieën hebben het potentieel om de ontwikkelingstijd te verkorten door geoptimaliseerd moleculair ontwerp voor verbeterde eigenschappen, wat de manier verandert waarop materialen zelf worden ontwikkeld. De toekomst is nu, zei hij, voor multi-schaal modellering om composietinnovaties en -adoptie en faalvoorspelling te versnellen.

Lo Faro sloot optimistisch: "Als we kijken naar de komende 40 jaar, geloof ik dat composieten een materiaal zijn dat de mogelijkheden van metalen zal overtrefen."