SABIC & Airborne starten Digital Composite Line für faserverstärkte Thermoplast-Laminate

SABIC hat sich mit Airborne zusammengetan, um die Digital Composites Manufacturing Line zu entwickeln, die UD-Thermoplastbänder schnell in netznahe flache Laminate legt (links), diese dann in einem Kontaktwärmeprozess konsolidiert (Mitte) und schließlich trimmt und inspiziert (rechts). Airborne wird voraussichtlich nächstes Jahr beginnen, maßgeschneiderte Laminate an Unterhaltungselektronikkunden zu liefern. Quelle | SABIC.

SABIC (Bergen op Zoom, Niederlande) entschied 2012, in Thermoplast-Composite-Bänder einzusteigen. Das Unternehmen hatte bereits ein breites Polymerangebot in Kurzfaser-Spritzguss und Langfaser-Thermoplast (LFT) Materialien (beide mit Glas- und Carbonfaserverstärkung), so dass kontinuierliche Faserbänder eine logische Erweiterung seiner Kerntechnologie waren. Zudem entsprach die Hinwendung zu Thermoplastbändern Branchentrends, die Materialien und Prozesstechnologien mit geringerem Energieverbrauch, höherer Nachhaltigkeit und gesünderer Arbeitsumgebung bevorzugen. SABIC war überzeugt, dass es viel ungenutztes Potenzial für Thermoplastbänder in mehreren Märkten gibt (siehe „Unterhaltungselektronik: hybride Composite-Abdeckungen“).

Zunächst entschied sich das Team, das mit Thermoplastbändern befasst war, sich auf drei miteinander verbundene Technologien zu konzentrieren: Materialien, Design und Verarbeitung.

„Unser Ziel war es, eine Bandtechnologie zu entwickeln, die Massenproduktion, Kosteneffizienz und Reproduzierbarkeit ermöglicht, sodass jedes Teil die gleiche hohe Qualität hat“, erklärt Gino Francato, SABIC Global Composites Leader. „Wir wollten, dass jedes Material, das wir produzieren, gut verarbeitbar ist, sehr effizient und in sehr kurzer Zykluszeit formt. Und da viele unserer Kunden mit Metall-Design vertrauter waren, wussten wir, dass wir neue Konzepte und Designwerkzeuge bringen mussten.“

Umfassendes Benchmarking zeigte, dass die Schlüsselparameter für die konsistente Herstellung hochwertiger, dünner Bänder mit der gewünschten Dimensionsstabilität Faseraufspreizung und Imprägnierungstechnologien waren. Schließlich kam SABIC mit Fiber Reinforced Thermoplastics B.V. (Lelystad, Niederlande) in Kontakt, das dringend benötigte Expertise bot, und SABIC erwarb 2015 eine Mehrheitsbeteiligung an dem Unternehmen.

Nicht überraschend stellten Design und Prozessmodellierung einen weiteren Mangel dar. Während viele SABIC-Kunden mit Kurz- und Langglasfaser-Spritzgussqualitäten vertraut waren, waren kontinuierliche Faserverbundprodukte eine andere Geschichte, besonders in Kombination mit Umspritzung.

„Branchen wie Automobil und Unterhaltungselektronik können nicht mehr mit Trial-and-Error-Ansätzen [Machen und Brechen] Geschäfte machen, daher müssen sie genau wissen, wie sie das Verhalten jedes dieser Materialien und die Wechselwirkung zwischen ihnen vorhersagen können“, erklärt Scott Davis, SABIC Staff Scientist Global Application Technology. Das führte zu einem ehrgeizigen Programm innerhalb von SABIC, um prädiktive Tools zu entwickeln, die in Kombination mit gängigen strukturellen und prozessbezogenen Computer-Aided Engineering (CAE) Tools funktionieren. Materialkarten sollen derzeit für Finite-Elemente-Analyse (FEA)-basierte Pakete wie LS-DYNA (von Livermore Software Development Corp., Livermore, Kalifornien) und ABAQUS (von Dassault Systèmes, Vélizy-Villacoublay, Frankreich) verfügbar sein.

Eine weitere Erkenntnis, die schnell folgte, war, dass die Fähigkeit, konsistent gute Bänder herzustellen, für eine so „unterentwickelte“ Technologie nicht ausreichen würde, da Prozess-Know-how und automatisierte Ausrüstung zum Handling von Bändern bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten noch nicht auf dem Niveau waren, das das Team für nötig hielt.

„Wir erwarteten, dass viele Unternehmen in der Lage sein würden, diese Art von hochwertigem Produkt herzustellen, aber das war nicht der Fall“, fügt Francato hinzu. „Wir haben die Branche geprüft und uns viele Unternehmen angesehen, aber die meisten konzentrierten sich auf die Bedürfnisse der Automobilindustrie, und wir konnten keine finden, die wir auf dem richtigen Niveau fühlten – besonders um den Unterhaltungselektronikmarkt zu bedienen.“ Damals wurde SABICs Composite-Band-Team mit Airborne (Den Haag, Niederlande) bekannt gemacht, einem Maschinenbauer und Entwickler von Composite-Verarbeitungslinien. Airborne hatte bereits Erfolg bei der Entwicklung von Ausrüstung zur Herstellung von Rohren aus Thermoplastbändern für die Öl- und Gasindustrie. Das Unternehmen hatte auch Erfahrung mit Thermoset-Bändern in der Luft- und Raumfahrtindustrie.

„Wir fühlten, dass Airborne die gleichen Ziele hatte wie wir“, fährt Francato fort. „Sie waren nicht nur Maschinenbauer, sie kannten auch Composites und die Herausforderungen mit Composites“, erklärt er. „Sie hatten all diese Erfahrung in der Automatisierung von Bandlinien, wollten aber nicht in Materialien einsteigen, und wir hatten die Materialexpertise, aber Automatisierung war nicht unser Kompetenzbereich.“

2017 kaufte SABIC eine Minderheitsbeteiligung an Airborne; die beiden Unternehmen arbeiteten zusammen, um den Prozess und die Ausrüstung zu entwickeln, die notwendig sind, um Thermoplastband-basierte Laminate in hohen Stückzahlen – Millionen pro Jahr – in einer vollautomatisierten Umgebung herzustellen. Dieses System wurde schließlich als Digital Composites Manufacturing Line bekannt (siehe „Hochgeschwindigkeits-, hochrate Thermoplast-Composite-Fertigung“).