Les bandes thermoplastiques continuent de montrer un potentiel pour les aérostructures composites

La production d'aérostructures a été fortement impactée par la pandémie de COVID-19, mais les efforts aérospatiaux n'ont pas nécessairement suivi, du moins pour Web Industries (Marlborough, Mass., États-Unis), une entreprise qui propose des services de découpe de ruban thermoplastique à une variété de clients. applications. Selon Grand Hou, directeur mondial de la recherche et de la technologie, l'aérospatiale, les efforts de recherche dans l'espace, la mobilité aérienne urbaine (UAM) et l'armée ont poussé à fond pour permettre la prochaine génération d'avions - et les composites, en particulier les rubans thermoplastiques, ont été clé de nombre de ces efforts.

Les rubans thermoplastiques ne sont pas nouveaux, bien sûr (voir CW Le rédacteur en chef Jeff Sloan « Je veux vous dire deux mots : « Rubans thermoplastiques » » pour une plus grande partie de la trame de fond remontant aux années 1960), mais ces dernières années ont vu leur intérêt augmenter, en particulier pour les publicités l'aérospatiale et d'autres applications de haute performance (telles que les nervures pour le programme Wing of Tomorrow et le programme Multifunctional Fuselage Demonstrator, entre autres). Par rapport aux rubans thermodurcissables, les thermoplastiques offrent des avantages tels qu'une plus grande ténacité, une recyclabilité plus facile, leur capacité à être transformés en autoclave (OOA) et le fait qu'ils peuvent être stockés à température ambiante.

Web Industries est en première ligne du développement et des applications thermoplastiques, notamment avec ses multiples capacités de formatage, qui incluent la découpe de rubans thermodurcissables et thermoplastiques des fournisseurs en différentes formes et formats pour répondre aux exigences spécifiques des clients. Avec des lignes de production de refendage de ruban basées dans des installations américaines et européennes, les capacités de Web incluent le formatage de rubans thermoplastiques haute performance en polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétonecétone (PEKK) et polyaryléthercétone (PAEK), qui sont les plus couramment utilisés dans les applications aérospatiales.

Rubans TP pour aérostructures secondaires — et défis dans les structures primaires

Actuellement, note Hou, la plupart des activités d'aérostructures dans les préimprégnés thermoplastiques se concentrent sur des structures secondaires telles que des clips, des panneaux d'accès ou des sous-structures, tandis que les structures primaires critiques pour le vol comme les ailes et les fuselages sont fabriquées avec des composites ou des métaux thermodurcissables.

« Beaucoup de défis concernent la gestion des risques », dit-il, et une partie du problème a toujours été les difficultés croissantes liées aux préimprégnés thermoplastiques des fournisseurs. Les matériaux thermoplastiques sont moins matures que les rubans thermodurcissables. Selon Hou, alors que les rubans thermodurcissables ont connu des décennies de production à grande échelle et perfectionnés, les matériaux thermoplastiques en sont à leurs balbutiements dans les processus automatisés de production en grand volume.

Cependant, Web Industries travaille avec divers fournisseurs de matériaux composites, et Hou affirme que la cohérence et l'échelle globales des matériaux se sont considérablement améliorées au cours des dernières années. La largeur, la longueur, l'épaisseur, la tension des fibres et l'uniformité de la résine sont tous beaucoup plus cohérents et de meilleure qualité aujourd'hui, dit-il.

Un autre facteur prohibitif pour la fabrication de structures primaires thermoplastiques plus grandes est que les matériaux thermoplastiques ont tendance à être plus chers que les thermodurcissables. "Il ne sera pas plus largement adopté s'il n'y a pas un avantage global en termes de coût", admet Hou, notant que la collaboration et l'aide technique sont essentielles pour aider à réduire les coûts de processus. « Nous pouvons obtenir de meilleures solutions lorsque tout le monde travaille en collaboration depuis les premières étapes du projet jusqu'à la fin pour atteindre des objectifs communs. »

Flexibilité des processus et personnalisation des matériaux

Dans l'ensemble, Hou voit beaucoup d'activité potentielle et croissante pour les rubans thermoplastiques aujourd'hui et à l'avenir, la flexibilité étant l'un des principaux points de basculement pour les clients.

Actuellement, les rubans thermodurcissables se limitent principalement au placement automatisé des fibres (AFP), avec les limites des exigences de durcissement en autoclave et de température de stockage. Les thermoplastiques peuvent permettre une approche de processus plus flexible ainsi qu'un traitement OOA, dit Hou, y compris des formats de bande pour la pose automatisée de bande (ATL) et des filaments pour la fabrication additive.

Selon Web Industries, les solutions de formatage et de chaîne d'approvisionnement à l'échelle commerciale seront essentielles pour fournir aux fabricants d'aérostructures les rubans thermoplastiques refendus nécessaires pour prendre en charge les taux de construction projetés de l'industrie.

Les préimprégnés thermoplastiques peuvent également être adaptés à des applications spécifiques. Selon Hou, les utilisateurs finaux cherchent à faire correspondre les matériaux à chaque application. Parce que les thermoplastiques sont hautement adaptables, un format spécifique peut être développé pour une pièce spécifique, dit-il, maximisant l'utilisation des matériaux et réduisant les coûts en aval du client. L'UAM, l'espace et l'armée étant des domaines d'activité importants, Ashley Graeber, directrice des ventes et du développement commercial, note que l'activité est adaptée par projet plutôt que par programme d'avion.

Le formatage des matériaux thermoplastiques pour des applications spécifiques permet également de réduire les déchets, déclare Jason Surman, vice-président des ventes, aérospatiale. Dans l'industrie aérospatiale, le ratio buy-to-fly, qui est le rapport de la matière première à la masse de la pièce finie, est une préoccupation majeure. L'objectif est d'avoir un ratio achat/vol aussi proche que possible de 1:1, ce qui signifie qu'il y a peu de déchets. Le bon matériau dans le bon format pour la bonne application peut réduire considérablement les déchets, note Surman. Dans l'industrie aérospatiale, 30 % de déchets sont « dingues courants », dit-il, et pour réduire les déchets en dessous de ce niveau, il faut un effort de collaboration de tous les côtés.

« Il est essentiel de marier le matériau au processus », ajoute Surman, « et les rubans thermoplastiques apparaissent comme une solution habilitante pour les fabricants d'aérostructures. »