SAMPE 2018-Keynote blickt in die Zukunft der Verbundwerkstoffe

Die allgemeine Sitzung von SAMPE 2018 beinhaltete die Ankündigung der drei wichtigsten auf der Konferenz präsentierten Papiere und eine Keynote von Carmelo Lo Faro, Präsident von Solvay Composite Materials (Alpharetta, GA, USA).

Die drei besten Papiere waren:

• Erster Platz: „Herstellung von Prepreg außerhalb des Autoklaven mit hoher Durchlässigkeit durch die Dicke durch Entnetzung von Polymerfilmen“, Sarah G. K. Schechter, Timotei Centea und Steven R. Nutt
• Zweiter Platz: „Verzug von dünnwandigen Compression-Molded-Panels mit diskontinuierlichem Langfaser-Carbon/Polyetheretherketon“, Caroline Collins und Pascal Hubert
• Dritter Platz: „Recycling von Amin/Epoxid-Verbundwerkstoffen durch chemische Behandlung bei Atmosphärendruck“, Yijia Ma, Travis J. Williams und Steven R. Nutt

Für seine Keynote untersuchte Lo Faro die Materialentwicklung, von Kupfer im Jahr 8700 v durch das Wachstum der Luft- und Raumfahrttechnologien (1970-2010) bei kommerziellen und verteidigungsbezogenen Durchbrüchen.

Vor diesem Hintergrund sprach er über drei „Ära“ von Verbundwerkstoffen:Die Ära des Leichtbaus (1970-1995), die Ära der Fertigung (1995-heute) und die nächste Ära, die er als Industrialisierungs- und Simulationsära bezeichnete.

Er wies darauf hin, dass die Automatisierung von Herstellungsprozessen ein wesentlicher Faktor für die Herstellung von Verbundwerkstoffen im Bereich der Verkehrsflugzeugstrukturen war. Die heutige Infusionstechnologie verbessert die Erschwinglichkeit und führt zu einer praktikablen Herstellungsrate, fügte er hinzu und zitierte die C-Serie von Bombardier (Montreal, QC, Kanada). Flügel, hergestellt aus Harz mit hoher Topfzeit und Non-Crimp-Gewebe. Er hob den CFM LEAP-Triebwerkslüfterflügel hervor, der aus gehärtetem Harz und 3D-gewebten Vorformen hergestellt wurde; und MS-21 von Irkut aus Moskau, Russland Flügel, hergestellt über automatisiertes, faserplatziertes Trockenband, das mit gehärtetem Harz infundiert ist. „Ich glaube nicht, dass Aluminium und Titan in ihren ersten 30 Jahren so viel erreicht haben wie Verbundwerkstoffe in ihren ersten 30 Jahren“, argumentierte er.

Können wir den Sieg beanspruchen? fragte Lo Faro. Kurz gesagt, er antwortete:nein – es kann noch viel mehr gemacht werden. Um weiter zu wachsen, müssen Verbundwerkstoffe mehr Wert liefern, sagte er. Zukünftige Herausforderungen und Chancen könnten Pressformen, thermoplastische Verbundwerkstoffe für große Strukturen, additive Fertigung, Fügen, Simulation, Komplexitätsmanagement und natürlich Kosten umfassen.

LoFaro injizierte „einen kleinen Vorbehalt – den Hype-Zyklus “, wo das Interesse zu übertriebener Begeisterung (Hype) wird und dann „nach einer Zeit der Desillusionierung“ seinen Platz in der Realität findet. Die Zukunft, sagte er, werde von industrieller Größe und Wirtschaftlichkeit bestimmt; Konvergenz von Luft- und Raumfahrt- und Automobilpraktiken; und die zunehmende Bedeutung von Produktionssystemen gegenüber Endprodukten.

Lo Faro ging zu thermoplastischen Verbundwerkstoffen über und sprach über PEEK, PEKK, PAEK und kontinuierliches Formpressen. Thermoplastische Verbundwerkstoffe seien nicht neu, erinnerte er seine Zuhörer. Darüber hinaus erwartet er, dass das Wachstum im 21. Jahrhundert durch die Reifung kosteneffektiver, automobilähnlicher Herstellungsverfahren ermöglicht wird, die in den letzten 15 Jahren entwickelt wurden:insbesondere Formpressen, kontinuierliches Formpressen und Stanzformen. Wenn die Lieferkette der Luft- und Raumfahrt große thermoplastische Verbundstrukturen entwickeln und bauen soll, muss sie aus dem Autoklaven stammende Form-/Formsysteme reifen, die schnell aufheizen/abkühlen können.

Lo Faro sprach auch die additive Fertigung (AM) an. Anfänglich, sagte er, kann AM die Herstellung von Werkzeugen und Vorrichtungen unterstützen. Zukünftig kann AM eine On-Demand-Werkzeugherstellung anbieten und die Wartungs- und Reparaturvorgänge (MRO) von Verbundwerkstoffen verbessern. Auch hier gebe es Möglichkeiten, AM mit maschinellem Lernen zu koppeln. Er sagte jedoch, dass eine stärkere Zusammenarbeit zwischen Maschinen- und Materiallieferanten erforderlich sei.

Lo Faro nannte drei wichtige Simulations- und Modellierungsbedürfnisse für die Verbundwerkstoffindustrie:

• Molekulare Modellierung — informieren über Experimente und beschleunigen die Markteinführung
• Künstliche Intelligenz — Anwendung auf Materialdesign und -entdeckung
• Zertifizierung durch Analyse – den er den Heiligen Gral nannte

Diese Technologien haben das Potenzial, die Entwicklungszeit durch optimiertes molekulares Design für verbesserte Eigenschaften zu verkürzen und die Art und Weise zu verändern, wie die Materialien selbst entwickelt werden. Die Zukunft liege jetzt in der Multiskalenmodellierung, um Innovationen bei Verbundwerkstoffen sowie die Einführung und Fehlervorhersage zu beschleunigen.

Lo Faro schloss optimistisch:„Wenn wir auf die nächsten 40 Jahre blicken, glaube ich, dass Verbundwerkstoffe ein Material sind, das die Fähigkeiten von Metallen übertreffen wird.“