Zie Nieuws

Doorbraak thermoplastische composieten in automotive industrie nabij TPRC is erin geslaagd nagenoeg foutloze vormen te ontwerpen en het proces hiervan voorspelbaar te maken

Thermoplastische composieten staan voor een brede doorbraak in de automotive industrie. Dit ‘materiaal van de toekomst’ is superlicht en daarbij sterk en stijf, maar ook duurzaam en recyclebaar. Onderzoekers van het ThermoPlastic composite Research Center (TPRC) in Enschede zijn er sinds kort in geslaagd de laatste drempel te overwinnen: het ontwerpen van nagenoeg foutloze vormen en het proces hiervan voorspelbaar te maken. Hierdoor wordt in een vroege fase van het ontwerpproces duidelijk of een onderdeel maakbaar is. De toepassing voldoet hiermee aan de twee grootste eisen in de auto-industrie: gewichtsreductie en lagere kosten.

"De noodzaak van het gebruik van thermoplastische composieten is aanwezig bij alle grote autofabrikanten", zegt Bert Rietman, business developer bij TPRC en nauw betrokken bij de leerstoel Productie Technologie van de Universiteit Twente. “Producten op basis van deze materialen zijn tot zo’n veertig procent lichter dan de gebruikelijke materialen in auto’s en leveren dus veel voordeel op. Toch missen veel fabrikanten nog het gevoel voor dit materiaal. Ervaring met verwerking van bijvoorbeeld staal is niet één op één te gebruiken bij composieten. Voor innovaties en nieuwe technologieën zijn fabrikanten vaak afhankelijk van de toeleveranciers. Naast OEM’s (Original Equipment Manufacturers) zoeken vooral deze fabrikanten steeds meer toenadering tot TPRC.”

Materiaalbegrip

Om eerder tot een goede vorm te komen en de trial and error van het ontwerpproces zoveel mogelijk te vermijden, deed UT-promovendus Ulrich Sachs bij het TPRC onderzoek naar het materiaalbegrip van thermoplastische composieten. Alleen bij een perfect inzicht in buiging, wrijving en afschuiving van de materialen is het mogelijk een foutvrij product te ontwerpen. “Je wilt zo snel mogelijk weten of een onderdeel maakbaar is”, stelt Sachs. “Ontstaan er bijvoorbeeld plooien bij het omvormen? Voldoen het eindproduct en het productieproces? In de automotive industrie is het een eis dat je nieuwe materialen en processen kan simuleren, maar de huidige software voor het omvormen van metaal is niet geschikt voor thermoplastische composieten. Er is dus compleet nieuwe software nodig om alle bouwsteentjes op de juiste plek te laten vallen. Dat is nu gelukt.”

Over TPRC

Het TPRC is een onderzoekscentrum op het gebied van pre-competitief onderzoek naar thermoplastische composieten. Op dit gebied is het TPRC leidend in de wereld. Het TPRC heeft meerdere partners, waaronder de Universiteit Twente, Boeing, TenCate en Fokker Aerostructures. Vanuit de Universiteit Twente zijn verschillende onderzoekers betrokken. Ulrich Sachs promoveerde recent. Ook UT-promovendus Sebastiaan Haanappel deed eerder onderzoek naar het vormgevingsproces van deze lichte materialen.

Software spin-off Aniform

Om de vervormingen tijdens het persproces van thermoplastische composieten te voorspellen, maakt het TPRC gebruik van de software van René ten Thije van de UT spin-off AniForm. De simulatiesoftware maakt het mogelijk al in een vroege fase van het ontwerpproces de maakbaarheid van het product te evalueren, maar helpt ook om het gedrag van het beoogde composiet materiaal beter te begrijpen. 

Autostoel Johnson Controls

Uit een van de samenwerkingsverbanden die vanuit het TRPC ontstonden, kwam eind vorig jaar een innovatief eindproduct. Johnson Controls, met vestigingen in 150 landen een wereld leidende technologie- en industrieonderneming, ontwikkelde met hulp van TPRC een concept voor een lichtgewicht autostoel, die recent voor het eerst werd gepresenteerd op ITHEC in Bremen, een grote internationale beurs over thermoplastische composieten.

Wat zijn thermoplastische composieten?

Bij thermoplastische (een kunststof die bij verhitting zacht wordt) composieten (materiaal opgebouwd uit verschillende componenten, vaak vezelversterkte kunststoffen) kunnen in vergelijking tot de verwerking van thermoharders veel hogere productiesnelheden gehaald worden. Een nadeel was dat het productieproces niet altijd zonder problemen verloopt, maar door de bevindingen van UT-promovendus Ulrich Sachs en eerder al promovendus Sebastiaan Haanappel is dit risico nu grotendeels verleden tijd.
Een belangrijk verschil met thermoharders is dat thermoharders niet op dezelfde manier worden verwerkt als thermoplasten. Dit omdat een thermoharder na verwerking niet meer om te vormen is. Thermoplastische composieten maken geautomatiseerde vormingsprocessen met korte cyclustijden mogelijk, omdat zij smeltbaar zijn.