New Generation Stiffened Thermoplastic Composite Products

De toepassing van composiet materialen in de energie, transport en commodity sector heeft bijgedragen tot de reductie van CO2 emissies door minder vervoerd gewicht (vooral belangrijk voor de luchtvaart en wegtransport), lagere energieconsumptie voor de vervaardigingscyclus, en duurzamere producten (minimaal onderhoud). Naast reeds bestaande kleinere markten in verscheidene sectoren, zijn het met name de succesvolle toepassingen in de luchtvaartindustrie die intussen de weg plaveien voor grootschalige seriematige en reproduceerbare toepassingen in de automobiel, energieopslag, sportartikelen en commodities industrie.
De beperkte recycleerbaarheid van Thermoset composieten is echter een groot probleem. Deze kunnen immers na uitharding niet opnieuw worden vormgegeven. Dit kan worden opgelost door de toepassing van thermoplastische composieten, gebaseerd op her-smeltbare en herbruikbare polymeercombinaties. Deze nieuwe klasse van composiet is dan ook veelbelovend en vormt een zeer actuele taak van onderzoek. Gangbare productietechnieken zoals persen en consolideren kennen echter grote afvalvolumes door vorm-uitsnijding en uitval.
Modernere technieken zoals continuvezel 3-D printen en tape laying kunnen dit probleem zeer effectief oplossen. Daarnaast kunnen de daarmee geproduceerde 3-D legsels als verstijvers of verstevigingen fungeren voor de klassieke, geperste thermoplastische schalen in overmoulding of co-consolidatie stappen. Deze combinatie zal bovendien de weg openen naar de integrale vervaardiging van grote verstijfde delen, verdere mogelijkheden tot ontwerpoptimalisatie en méér productiemogelijkheden voor het MKB.
Uitdagingen zijn hierbij: beter proces en materiaalgedag begrip, uitgebreide processimulaties, gespecialiseerde hardware en regelsystemen voor snellere, betere en groenere productie, efficiënte integratie van robotica en perifere systemen, toetsing aan de praktijk, disseminatie en waarborging van de gegenereerde kennis en bewaking van milieu-gerelateerde prestatie indicatoren. Met een uitgebreid consortium van 3 kennisinstellingen en 7 MKB bedrijven, beoogt dit project hier antwoord op te geven.

Eindrapportage

In dit project is gewerkt aan een nieuwe manier om grote, sterke kunststof onderdelen duurzaam en betaalbaar te produceren met 3D-print en wikkeltechnologie. Daarbij wordt gebruikgemaakt van (gerecyclede) thermoplastische kunststoffen die worden versterkt met doorlopende glas- en natuurvezels. Terwijl 3D-printen met dit soort vezels wereldwijd nog volop in ontwikkeling is, zijn er binnen dit project grote stappen gezet richting toepassing op industriële schaal. Dankzij intensieve samenwerking tussen de projectpartners is een complete productieopstelling ontwikkeld die geschikt is voor het maken van grote producten. Een belangrijk resultaat is de ontwikkeling van een nieuwe printkop, de ‘Koala’, waarmee het mogelijk is om sneller en efficiënter te printen tegen lagere kosten. Daarnaast is uitgebreid onderzoek gedaan naar de optimale instellingen en materiaaleigenschappen, zoals sterkte en stijfheid. Om de mogelijkheden in de praktijk te laten zien, is een brugdeel vervaardigd. Dit onderdeel is zowel met als zonder doorlopende vezelversterking geproduceerd. Daaruit bleek dat zelfs een kleine hoeveelheid doorlopende glasvezel – slechts ongeveer 3% van het totale gewicht – al zorgt voor een duidelijke toename in stijfheid. De resultaten van dit project laten zien dat het mogelijk is om met relatief weinig materiaal en tegen lage kosten toch zeer sterke en stijve producten te maken, die aan het einde van hun levensduur volledig recyclebaar zijn. De opgedane kennis is gedeeld in een wetenschappelijke publicatie die internationaal is gepresenteerd. Daarnaast is de ontwikkelde technologie geïntegreerd in een nieuwe minor voor het HBO – een praktijkgerichte minor om 3e-jaars studenten kennis te laten maken met thermoplastische composietmaterialen, hun verwerkingsprocessen en eigenschappen.