SABIC et Airborne lancent la ligne composite digitale pour stratifiés thermoplastiques renforcés fibres

SABIC s'est associé à Airborne pour développer la Digital Composites Manufacturing Line, qui dépose rapidement des rubans UD thermoplastiques en stratifiés plats near-net-shape (gauche), puis les consolide par chauffage par contact (milieu), et enfin les découpe et inspecte (droite). Airborne devrait commencer à livrer des stratifiés sur mesure à des clients électronique grand public l'an prochain. Source | SABIC.

SABIC (Bergen op Zoom, Pays-Bas) a décidé, en 2012, de se lancer dans les rubans composites thermoplastiques. L'entreprise avait déjà une large offre polymères en matériaux injection courte fibre et thermoplastiques longue fibre (LFT) (tous deux avec renforts verre et carbone), donc les rubans fibres continues étaient une extension logique de sa technologie cœur. De plus, la gravitation vers rubans thermoplastiques s'alignait avec tendances industrielles favorisant matériaux et technologies procédés à plus faible consommation d'énergie, plus durables et permettant un environnement plus sain pour les travailleurs. SABIC était convaincu qu'il y avait beaucoup d'opportunités inexploitées pour rubans thermoplastiques dans plusieurs marchés (voir « Consumer electronics: hybrid composite covers »).

Initialement, l'équipe impliquée avec rubans thermoplastiques a décidé de se concentrer sur trois technologies interreliées : matériaux, design et traitement.

« Notre but était de développer une technologie de ruban capable de production de masse, efficacité coûts et reproductibilité pour que chaque pièce ait la même haute qualité », explique Gino Francato, leader composites mondial SABIC. « On voulait que tout matériau produit traite bien, soit très efficace et moule en temps de cycle très court. Et comme beaucoup de nos clients étaient plus familiers avec le design métal, on savait qu'il fallait apporter nouveaux concepts et outils de design. »

Un benchmarking approfondi a clarifié que les paramètres clés pour faire de façon constante des rubans fins de haute qualité avec la stabilité dimensionnelle désirée étaient les technologies d'écartement de fibres et d'imprégnation. Finalement, SABIC s'est connecté avec Fiber Reinforced Thermoplastics B.V. (Lelystad, Pays-Bas), qui offrait l'expertise nécessaire, et SABIC a acheté une participation majoritaire dans l'entreprise en 2015.

Pas surprenant, le design et la modélisation de processus représentaient un autre domaine de manque. Alors que beaucoup de clients SABIC étaient à l'aise designing avec grades injection courte et longue fibre verre, les produits fibres continues étaient une autre histoire, particulièrement en combinaison avec surmoulage injection.

« Les industries comme auto et électronique grand public ne peuvent plus faire affaires avec approches essai-erreur [fabriquer et casser], donc elles ont besoin de savoir exactement comment prédire le comportement de chacun de ces matériaux et l'interaction entre eux », explique Scott Davis, scientifique staff technologie applications globales SABIC. Cela a mené à un programme ambitieux chez SABIC pour développer des outils prédictifs qui fonctionneraient de concert avec les populaires outils CAE (computer-aided engineering) structurels et processus. Des cartes matériaux sont actuellement dites disponibles pour packages analyse éléments finis (FEA) comme LS-DYNA (Livermore Software Development Corp., Livermore, Californie) et ABAQUS (Dassault Systèmes, Vélizy-Villacoublay, France).

Une autre réalisation qui a vite suivi fut que pouvoir produire de façon constante de bons rubans ne suffirait pas pour une technologie si « sous-développée », car le savoir-faire ingénierie processus et équipements automatisés pour manipuler rubans à hautes vitesses de production n'étaient pas encore au niveau que l'équipe estimait nécessaire.

« On s'attendait à ce que beaucoup d'entreprises puissent produire ce genre de produit haute qualité, mais ce n'était pas le cas », ajoute Francato. « On a vérifié l'industrie et regardé beaucoup d'entreprises, mais la plupart étaient focalisées sur besoins auto, et on n'a pas trouvé qu'on sentait au bon niveau — surtout pour servir le marché électronique grand public. » C'est là que l'équipe rubans composites de SABIC a été introduite à Airborne (La Haye, Pays-Bas), un fabricant de machines et développeur de lignes de traitement composites. Airborne avait déjà eu du succès développant équipement pour faire tuyaux de rubans thermoplastiques pour industrie pétrole et gaz. L'entreprise avait aussi expérience avec rubans thermodurcissables en aérospatiale.

« On a senti qu'Airborne avait les mêmes objectifs qu'on avait », continue Francato. « Ils n'étaient pas juste constructeurs de machines, ils connaissaient aussi les composites et connaissaient les défis avec composites », explique-t-il. « Ils avaient toute cette expérience en automatisation lignes rubans mais ne voulaient pas entrer dans les matériaux, et nous on avait l'expertise matériaux mais l'automatisation n'était pas notre domaine de compétence. »

En 2017, SABIC a acheté une participation minoritaire dans Airborne ; les deux entreprises ont travaillé ensemble pour développer le procédé et équipement nécessaires pour produire des stratifiés base rubans thermoplastiques en gros volumes — millions par an — en environnement entièrement automatisé. Ce système allait éventuellement s'appeler Digital Composites Manufacturing Line (voir « High-speed, high-rate thermoplastic composites manufacturing »).