SAMPE 2018 : La conférence inaugurale met en lumière l'avenir des matériaux composites

La session générale du SAMPE 2018 a comporté l'annonce des trois meilleurs articles présentés à la conférence, et une conférence inaugurale de Carmelo Lo Faro, président de Solvay Composite Materials (Alpharetta, GA, États-Unis).

Les trois articles primés étaient :

• Première place : « Fabrication de préimprégné hors autoclave à haute perméabilité traversante par dé mouillage de film polymère », Sarah G. K. Schechter, Timotei Centea et Steven R. Nutt
• Deuxième place : « Gauchissement de panneaux minces moulés par compression avec fibres de carbone discontinues longues / Polyétheréthercétone », Caroline Collins et Pascal Hubert
• Troisième place : « Recyclage de composites amine/époxy par traitement chimique à pression atmosphérique », Yijia Ma, Travis J. Williams et Steven R. Nutt

Pour sa conférence, Lo Faro a passé en revue l'évolution des matériaux, du cuivre en 8700 av. J.-C., briques paille/boue en 2500 av. J.-C., acier en 1851, aluminium en 1889, titane en 1950, jusqu'à l'évolution des composites dans les années 1950-1960, suivie de la croissance des technologies aérospatiales (1970-2010) avec percées commerciales et défense.

Dans ce contexte, il a évoqué trois « ères » des composites : l'ère de l'allègement (1970-1995), l'ère de la fabrication (1995-aujourd'hui) et la prochaine ère, qu'il a qualifiée d'ère de l'industrialisation et de la simulation.

Il a souligné que l'automatisation des processus de fabrication a été un facteur clé de la construction en composites dans les structures d'avions commerciaux. La technologie d'infusion actuelle améliore l'accessibilité et permet un taux de fabrication viable, a-t-il ajouté, citant l'aile du C Series de Bombardier (Montréal, QC, Canada), réalisée avec résine à haut pot life et tissu non-crimpé. Il a mis en avant la pale de ventilateur du moteur CFM LEAP, en résine durcie et préformes 3D tissées ; et l'aile du MS-21 d'Irkut (Moscou, Russie), réalisée par placement automatisé de ruban sec infusé avec résine durcie. « Je ne crois pas que l'aluminium et le titane aient accompli autant en leurs 30 premières années que les composites en leurs 30 premières années », a-t-il argumenté.

Peut-on crier victoire ? Lo Faro a demandé. En bref, il a répondu non – il reste beaucoup à faire. Pour croître davantage, les composites doivent apporter plus de valeur, a-t-il dit. Les défis et opportunités futurs pourraient inclure le formage par pressage, composites thermoplastiques pour grandes structures, fabrication additive, assemblage, simulation, gestion des complexités, et bien sûr, le coût.

Lo Faro a injecté « une petite réserve – le cycle de hype », où l'intérêt devient enthousiasme exagéré (hype), puis, « après une période de désillusion », trouve sa place dans la réalité. L'avenir, a-t-il dit, sera porté par l'échelle industrielle et les économies ; la convergence des pratiques aérospatiales et automobiles ; et l'importance accrue des systèmes de production vs. produits finis.

Passant aux composites thermoplastiques, Lo Faro a discuté PEEK, PEKK, PAEK et moulage par compression continue. Les composites thermoplastiques ne sont pas nouveaux, a-t-il rappelé. Il anticipe une croissance au 21^e siècle rendue possible par la maturation de processus de fabrication économiques, type automobile, développés ces 15 dernières années : notamment moulage par compression, moulage par compression continue et formage par estampage. Si la chaîne d'approvisionnement aérospatiale veut développer et construire de grandes structures en composites thermoplastiques, elle doit faire mûrir des systèmes de moulage/formage hors autoclave capables de chauffage/refroidissement rapides.

Lo Faro a également abordé la fabrication additive (FA). Initialement, a-t-il dit, la FA peut soutenir la fabrication d'outillages et fixations. À l'avenir, la FA peut fournir de la fabrication d'outils à la demande, et améliorer les opérations de maintenance et réparation de composites (MRO). Ici aussi, a-t-il dit, il y a des opportunités de coupler FA et apprentissage machine. Cependant, a-t-il dit, plus de collaboration est nécessaire entre fournisseurs de machines et de matériaux.

Lo Faro a énuméré trois besoins importants en simulation et modélisation pour l'industrie des composites :

• Modélisation moléculaire – orienter l'expérimentation et accélérer la mise sur le marché
• Intelligence artificielle – appliquée à la conception et découverte de matériaux
• Certification par analyse – qu'il a appelée le Saint Graal

Ces technologies ont le potentiel de raccourcir les temps de développement par une conception moléculaire optimisée pour des propriétés améliorées, changeant la façon dont les matériaux eux-mêmes sont développés. L'avenir est maintenant, a-t-il dit, pour la modélisation multi-échelle afin d'accélérer les innovations et l'adoption des composites et la prédiction de rupture.

Lo Faro a conclu avec optimisme : « Quand nous regardons les 40 prochaines années, je crois que les composites sont un matériau qui dépassera les capacités des métaux. »