Zero waste productiemethode voor composieten

Inleiding

Van Wees UD and Crossply Technology is gevestigd in Tilburg en bouwt al sinds 1993 machines voor de technische textiel en composietenindustrie. Eltra Engineering, gevestigd in Tilburg, bouwt hiervoor de besturingen, ontwikkelt de software en heeft bijgedragen aan de voortdurende verbeteringen van onze machines.

Geschiedenis en Ontwikkelingen

De eerste machines zijn gebouwd voor de ballistische industrie (kogelwerende vesten en panelen) en in die industrie is Van Wees inmiddels de benchmark geworden. In 2006 heeft Van Wees de eerste machine gebouwd voor de composietindustrie. In de jaren daarna is de focus uitgebreid met thermoplast composietontwikkeling en de handling van deze UD-tapes. Deze machines zijn op een werkbreedte van 600 mm als prototypes gebouwd.

Marktpositie

Van Wees wordt in de markt erkend als specialist op het gebied van de UD- en Crossply techniek. De laatste jaren is de belangstelling voor thermoplast UD-tapes in de vorm van tailored blanks enorm toegenomen. Waar UD-tapes lange tijd alleen door de aerospacesector toegepast werden (bijv. in de Boeing Dreamliner en Airbus A350), en de auto-industrie alleen op beperkte schaal composieten toepast en dan met name weefselgebaseerde producten, worden UD-tapes nu als zeer kansrijk ingeschat.

Samenwerking met Chemieconcerns

Grote chemieconcerns zoals Mitsui Japan, DSM, Solvay en BASF gebruiken de UD600DPR-productiemachine bij Van Wees voor de ontwikkeling van hun eigen producten. Deze internationale marktontwikkelingen hebben ertoe geleid dat bij Van Wees het idee is ontstaan tot de ontwikkeling van een productielijn voor composiet tailored blanks.

Definitie van Composiet Tailored Blanks

Een composiet tailored blank is een vlakke plaat uit glas- of koolstofvezel versterkte thermoplast polymeer die uit meerdere lagen UD-tapes (uit synthetische garens gefabriceerde vezellagen waarvan de vezeloriëntatie binnen dezelfde laag in dezelfde richting verloopt) bestaat met een bepaalde oriëntatie. Dit paneel heeft een zodanige vorm dat het direct geperst kan worden tot het eindproduct. Ook is het mogelijk om door middel van spuitgieten het product af te werken en functies toe te voegen.

Duurzaam Productieproces

Tegelijk is het idee ontstaan om deze composiet tailored blanks te kunnen produceren zonder afval. Dit idee hebben wij voorgesteld tijdens een aantal lezingen en er zal een lopende studie worden gepresenteerd tijdens twee belangrijke congressen in Anaheim (VS) en Bremen in september en oktober en in Düsseldorf in december 2016.

Samenwerking en Studie

Deze studie wordt in samenwerking met TPRC, Kraus Maffei en GKtools uitgevoerd en behelst het maken van een crash-beam uit UD-tapes waarbij al het materiaal wordt gebruikt in hetzelfde product, dus zonder afval. Het idee om te komen tot een “Zero waste” productieproces is gebaseerd op het slim gebruiken van het restmateriaal dat ontstaat bij het nesten van de vormdelen.

Proces van Samenstellen

Na het samenstellen van de UD-tapes op de Crossply en Multi-axiaal machine, worden de vormdelen voor de blank inline gestanst, en het restmateriaal geknipt in relatief grote stukken (max. lengte 50 mm). Doordat de lagen UD-tape niet met elkaar verbonden zijn, ontstaan losse UD-laagjes met onregelmatige vormen. Deze “composite chips” hebben na het persen eigenschappen die isotroop zijn en veel beter als spuitgietkwaliteiten.

Integratie van Restmateriaal

In de stappen van het samenstellen van de blank worden de reststukken van het stansen ingebracht in het product en verwerkt tot een van de lagen waaruit het product bestaat. Dit kan “Just in time” gebeuren voor een pers of spuitgietmachine.

Impact op de Automobielindustrie

Naar aanleiding van de wereldwijde wens bij de automobielindustrie om aanzienlijke gewichtsreductie te realiseren in de door haar voortgebrachte auto’s om te kunnen voldoen aan steeds strenger wordende mondiale CO2-emissiereductie-eisen, is het vervangen van staal en aluminium door composieten een doorbraak voor composiet tailored blanks op industriële schaal.

Uitdagingen en Toekomst

Op dit moment hebben tape placementtechnieken voor tailored blanks nog te veel tijd nodig voor het creëren van de gelaagde structuur van producten en zijn de kosten daarom nog te hoog om deze technieken met succes grootschalig te kunnen inzetten in bestaande productiestructuren. Dit project daarentegen, dat substantiële verhoging van de snelheid en outputverhoging van het plaatsen van tapes tot gevolg heeft, biedt goede mogelijkheden om deze techniek met succes te kunnen inpassen en daarmee de voordelen van tape placement breder te kunnen etaleren.