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Dec 01, 2023

Williams Advanced Engineering sviluppa una coppia di tecnologie CFRP innovative: 223 e Racetrak

Williams Advanced Engineering has developed a pair of innovative technologies

Williams Advanced Engineering ha sviluppato una coppia di tecnologie innovative che promettono un cambiamento radicale nell'accessibilità economica dei materiali compositi. Conosciute come 223 e Racetrak, queste tecnologie offrono prestazioni paragonabili alle soluzioni compositi esistenti, ma con una serie di vantaggi aggiuntivi e a un costo che le rende alla portata delle applicazioni tradizionali.

Non si tratta semplicemente di innovazioni produttive: si tratta di soluzioni end-to-end che affrontano ogni aspetto della produzione, dell'uso e del riciclaggio del polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) e il modo in cui le sue proprietà possono consentire nuovi approcci alla produzione. progettazione e produzione di veicoli.

Il CFRP è un materiale estremamente promettente. Il rapporto resistenza/peso eccezionalmente elevato, l'impressionante rigidità e l'eccellente resistenza alla fatica e all'ambiente lo rendono una scelta interessante per un'ampia varietà di settori e applicazioni.

Ciò è particolarmente pertinente per l’industria automobilistica, dove l’alleggerimento è visto come uno degli strumenti principali necessari per soddisfare obiettivi sempre più rigorosi di risparmio di carburante ed emissioni, oltre a supportare l’autonomia richiesta dai veicoli elettrici. Tuttavia, i vantaggi del CFRP si estendono a molti settori, dalle carrozze ferroviarie alle turbine eoliche.

Nonostante questi vantaggi convincenti e i recenti progressi nei processi dei settori automobilistico e aerospaziale, una serie di fattori hanno frenato l’adozione di massa del CFRP. Il principale tra questi è il costo, con i metodi tradizionali di produzione dei compositi che implicano materiali costosi e tempi di processo lunghi.

Sono inoltre soggetti a un tasso di scarto relativamente elevato (tipicamente intorno al 30%), aggravato dalle sfide legate al recupero del carbonio dai ritagli pre-impregnati e alla ricerca di valore dal materiale alla fine della vita del prodotto.

Queste sfide hanno visto l’applicazione del CRFP in gran parte confinata ad applicazioni di nicchia. Nel settore automobilistico, ad esempio, una struttura body-in-white prodotta con tecniche composite tradizionali è in genere circa il 60% più leggera di una realizzata in acciaio, ma costa circa 20 volte. Ciò ne ha limitato l'applicazione ai veicoli a basso volume/costo elevato o in cui il produttore del veicolo sovvenziona il processo come parte dell'apprendimento sulle nuove tecnologie.

Le innovazioni di Williams Advanced Engineering mirano ad affrontare queste sfide per sfruttare i vantaggi del CFRP.

Il cuore dell'innovazione 223 è un processo radicalmente diverso (e quindi confidenziale) per l'integrazione di un foglio di rinforzo in fibra secca e tessuta con una matrice di resina preparata separatamente.

Il processo 223 è stato concepito come un mezzo economicamente vantaggioso per creare strutture composite tridimensionali da una forma bidimensionale. È adatto per geometrie scatolari, come contenitori di batterie per veicoli elettrici, o potenzialmente anche monoscocche complete di veicoli.

Il nome deriva da una delle caratteristiche distintive del processo: mentre i componenti compositi generalmente devono essere disposti nella loro geometria finale, 223 consente di creare inizialmente la parte come componente bidimensionale prima di essere piegata in una struttura tridimensionale.

Questo si presta a una vasta gamma di applicazioni. In particolare, 223 tute strutture che sono attualmente assemblate da molti componenti separati e dove l'accesso per l'allestimento aggiunge tempo e costi. Un buon esempio è la carrozzeria di un'autoveicolo, che in genere consiste di circa 300 pezzi stampati di metallo, realizzati con forse 600 strumenti diversi; il cofano di un veicolo può richiedere quattro diverse operazioni di pressatura. Utilizzando 223 è stato possibile ridurre il numero di stampati a circa 50, tutti realizzati su un'unica macchina con una notevole riduzione degli investimenti in attrezzature.

Sulla carrozzeria bianca di un'auto si potrebbe ottenere un risparmio di peso compreso tra il 25 e il 30% rispetto a una struttura equivalente in lega di alluminio. Con 223, questo potrebbe essere fornito in volumi più elevati e a un costo inferiore rispetto a una soluzione composita tradizionale. Laddove è richiesta meno resistenza, si potrebbero ottenere ulteriori risparmi sui costi specificando materiali a basso costo, ad esempio fibre di vetro, mentre si possono specificare resine alternative per aumentare la tenacità e la resistenza al calore.