La próxima década:claridad con una fuerte dosis de incertidumbre

A medida que entramos en la década de 2020, vale la pena reflejar lo que la década de 2010 trajo a la comunidad de composites y cómo estas innovaciones pueden o no dar forma al futuro. En el mercado aeroespacial tradicional de composites, el Boeing 787 entró en servicio en 2011, seguido del Airbus A350 XWB, igualmente intensivo en composites, en 2015. Bombardier's CSeries El avión de pasillo único, con alas infundidas con resina, entró en servicio en 2016. Airbus adquirió la CSeries línea de productos en 2018, renombrándola como A220. Finalmente, y lamentablemente, 2019 marcó la cancelación del Airbus A380, un avión más grande que la vida que fue pionero en muchas innovaciones compuestas.

En el frente automotriz, BMW revolucionó la industria en 2013 i8 y i3 introduciendo el, estableciendo una cadena de suministro vertical global y haciendo que muchos especulen que la era de los vehículos intensivos en fibra de carbono llegaría pronto en masa . Dos años más tarde, BMW presentó la Serie 7 rediseñada. , un vehículo multimaterial con aproximadamente 15 partes estructurales en fibra de carbono, lo que sugiere quizás un camino alternativo hacia la adopción masiva. A finales de la década, General Motors presentó un Sierra Denali camioneta pickup con una caja termoplástica reforzada con fibra de carbono moldeada por compresión, y en 2019 una versión de motor trasero del Corvette con una viga de parachoques trasera curva pultruida.

En el área del reciclaje de compuestos, especialmente para compuestos de fibra de carbono (más allá de la fibra de desecho), la década comenzó prácticamente sin una base de suministro y terminó con más de una docena de proveedores, muchos de los cuales proporcionaron cantidades comerciales para aplicaciones posteriores. La industria de la energía eólica tuvo una década excepcional, más que triplicando la capacidad en todo el mundo y demostrando ser un mercado sólido para los compuestos. Cubriré el viento con más detalle el próximo mes, por lo que me centraré aquí en la industria aeroespacial y automotriz.

Aunque estoy basado en los EE. UU., Tuve la oportunidad a principios de 2019 de visitar varios institutos de investigación en el Reino Unido que se enfocan en compuestos, y en diciembre visité varios Institutos Fraunhofer e instalaciones de DLR en el norte y sur de Alemania, como así como varias instalaciones de producción que sirven a los mercados aeroespacial y automotriz. Estas visitas y discusiones aumentan mis observaciones en los EE. UU. Sobre hacia dónde se dirigen los desarrollos de materiales y procesos a partir de 2020. Aunque existen diferencias en algún nivel entre los países, los principales impulsos son verdaderamente globales:el aumento de la velocidad de producción y la reducción de costos dominan, con el reciclaje. y sostenibilidad integral a estos esfuerzos de I + D. Todo vuelve a confirmar que la colaboración internacional para abordar estos problemas no solo es beneficiosa, sino imprescindible si se quiere que los materiales compuestos desplacen verdaderamente a los materiales tradicionales.

Si bien quedan preguntas, el futuro de los compuestos en la industria aeroespacial se está volviendo algo más claro. A pesar de que no hay anuncios formales sobre reemplazos para los incondicionales de pasillo único de Boeing y Airbus, es obvio que gran parte de la investigación aeroespacial se centra en brindar tecnologías para fabricar, mecanizar, inspeccionar y ensamblar grandes estructuras compuestas avanzadas a tasas más altas. Una cosa es entregar de 100 a 140 aviones de fuselaje ancho por año, pero otra cosa es construir de 700 a 900 aviones de pasillo único al año con estructuras primarias compuestas. Cuando se consideran los mercados adyacentes de vehículos aéreos no tripulados (UAV) y movilidad aérea urbana (UAM) como los taxis aéreos, es probable que los volúmenes sean de miles al año. Si bien existe un interés considerable en los termoplásticos, es más probable que las grandes estructuras para aviones de pasajeros permanezcan en termoendurecibles (preimpregnados de curado infundidos al vacío o fuera del autoclave), con termoplásticos en clips, soportes, nervaduras y otros componentes más pequeños. Para los mercados UAV y UAM, se espera que la industria considere los termoplásticos y también incorpore tecnologías desarrolladas para la automoción, como el moldeo por transferencia de resina de alta presión (HP-RTM), el moldeo por pultrusión y el moldeo por compresión.

El mundo de la automoción, en cambio, muestra una incertidumbre considerable. Todavía existe un gran interés en la fibra de carbono, pero su valor ahora debe considerarse a la luz de otras fuerzas impulsoras:electrificación, movilidad y autonomía, no solo el aligeramiento por el simple hecho de aligerar. Durante los últimos 10 años, los tiempos de ciclo y el costo de los compuestos de fibra de carbono se han reducido en un 50% o más, pero aún queda mucho por hacer. La fibra de carbono discontinua, ya sea reciclada o de precursores / procesos de menor costo, encontrará un hogar como refuerzo para compuestos de moldeo por compresión o inyección, donde la automatización es alta y las tasas de desperdicio son bajas. Aunque BMW ha anunciado recientemente que seguirá fabricando el i3 Hasta 2024, la industria automotriz alemana en su conjunto se está alejando de las nuevas aplicaciones para la fibra de carbono continua. El futuro de la fibra de carbono en estructuras primarias de gran volumen dependerá de que los costos de las piezas terminadas se reduzcan a menos de 18 euros por kilogramo (aproximadamente 10 dólares la libra). Las posibles soluciones a medio plazo incluyen fibra de vidrio continua o estructuras híbridas de vidrio / carbono, así como un mayor desarrollo de componentes sobremoldeados híbridos.

¿Cuál será el rendimiento de los compuestos compuestos en los próximos 10 años? Para las cosas que vuelan, el futuro parece brillante. Pero para los vehículos terrestres, todavía necesitamos algunos avances.