Electroimpact, Toray et Janicki pionniers de la fabrication haute vitesse de grandes pièces composites thermoplastiques

Un développement conjoint entre Electroimpact (Mukilteo, Washington, États-Unis), Toray Advanced Composites (Morgan Hill, Californie, États-Unis) et Janicki Industries (Sedro-Woolley, Washington, États-Unis) a réalisé un bond en avant dans la fabrication haute vitesse de grandes pièces composites thermoplastiques. Le projet a abouti au développement de technologies de traitement automatisées et rentables capables de fabriquer des pièces thermoplastiques à grande échelle à des taux de dépôt haute vitesse jusqu'à 4000 pouces (100 mètres) par minute.

L'équipement de placement automatisé de fibres (AFP) haute vitesse d'Electroimpact a été amélioré pour le traitement de matériaux thermoplastiques avec un système de chauffage laser à taille de spot variable. Ce système utilise une large gamme de températures de traitement pour un contrôle de procédé robuste à travers les tows individuels pour accommoder des contours sévères tout en permettant aux pièces composites thermoplastiques d'être réparables pendant le dépôt AFP, réduisant ainsi le risque de gaspillage pendant la fabrication de pièces.

Les partenaires notent que des vitesses de traitement jusqu'à 4000 IPM (100 mètres par minute) ont été atteintes avec des niveaux de tack légers ou élevés pour garantir la géométrie de la pièce. « Lorsque ces avancées sont combinées avec une fiabilité AFP accrue, une inspection en temps réel in-process et des intervalles de maintenance, le traitement AFP 4.0 résultant augmente la productivité actuelle de quatre à six fois », déclare Michael Assadi, ingénieur en chef chez Electroimpact.

Pour maximiser les efficacités de production, le dépôt AFP est formé directement sur un outillage de dépôt hors autoclave (OOA) chauffé, conçu par Janicki Industries, qui est ensuite entièrement consolidé in-situ, atteignant un cycle de procédé thermique complet en moins d'une heure. Le système d'outillage est conçu pour l'évolutivité pour accommoder des pièces trop grandes pour les applications de presse chauffante traditionnelles et aurait des temps de cycle significativement plus rapides que les autoclaves haute température.

« La clé de cette technologie est des taux de chauffe et refroidissement rapides avec uniformité bord à bord tout au long du procédé », déclare Todd Chace, directeur de la recherche et développement chez Janicki, « La consolidation complète sous pression sac vide seulement [VBO] est atteinte en contrôlant les étapes clés de fusion, écoulement et cristallisation avec un contrôle précis de température. »

Le ruban unidirectionnel Toray Cetex TC1225 LMPAEK (PAEK bas-fusion) de Toray Advanced Composites a été sélectionné pour optimiser davantage le traitement. Prouvé pour montrer des niveaux d'imprégnation best-in-class, le TC1225 LMPAEK permet la production de pièces de haute qualité et haute constance tout en éliminant le besoin de mouiller les faisceaux de fibres pendant le cycle de consolidation, permettant apparemment le traitement OOA avec porosité quasi nulle. Combiné avec une température de traitement relativement basse comparée aux autres systèmes à base de PAEK, le Toray Cetex TC1225 LMPAEK permet également une vitesse de dépôt plus rapide tout en atteignant des propriétés mécaniques comparables.

« Individuellement, chacune de ces technologies représente un pas en avant dans le traitement des composites thermoplastiques. Lorsqu'elles sont combinées, un bond majeur dans la fabrication rapide de pièces à grande échelle est réalisé, soulignant l'importance du partenariat à travers la chaîne de valeur pour faire progresser l'adoption des composites thermoplastiques dans l'industrie », conclut Steve Cease, VP technologie et marketing stratégique chez Toray Advanced Composites.