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Dec 01, 2023

Williams Advanced Engineering développe une paire de technologies CFRP innovantes : 223 et Racetrak

Williams Advanced Engineering a développé une paire de technologies innovantes

Williams Advanced Engineering a développé une paire de technologies innovantes qui promettent un changement radical dans l'accessibilité des matériaux composites. Connues sous le nom de 223 et Racetrak, ces technologies offrent des performances comparables aux solutions composites existantes, mais avec une gamme d'avantages supplémentaires, et à un coût qui les met à la portée des applications grand public.

Il ne s'agit pas simplement d'innovations de fabrication : il s'agit de solutions complètes de bout en bout qui abordent tous les aspects de la fabrication, de l'utilisation et du recyclage du polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) et la manière dont ses propriétés peuvent permettre de nouvelles approches de conception et de fabrication de véhicules.

Le CFRP est un matériau extrêmement prometteur. Son rapport résistance/poids exceptionnellement élevé, sa rigidité impressionnante et son excellente résistance à la fatigue et à l'environnement en font un choix attrayant pour une grande variété d'industries et d'applications.

Ceci est particulièrement pertinent pour l'industrie automobile, où l'allègement est considéré comme l'un des principaux outils nécessaires pour atteindre des objectifs d'économie de carburant et d'émissions de plus en plus stricts, ainsi que pour soutenir l'autonomie requise des véhicules électriques. Cependant, les avantages du CFRP s'étendent à de nombreux secteurs, des wagons de chemin de fer aux éoliennes.

Malgré ces avantages convaincants et les progrès récents des processus des industries automobile et aérospatiale, un certain nombre de facteurs ont freiné l'adoption massive du CFRP. Le principal d'entre eux est le coût, avec des méthodes de production composites traditionnelles impliquant des matériaux coûteux et de longs délais de traitement.

Ils subissent également un taux de rebut relativement élevé (généralement autour de 30 %), aggravé par les défis de la récupération du carbone des chutes pré-imprégnées et de la valorisation du matériau en fin de vie du produit.

Ces défis ont vu l'application du CRFP largement confinée à des applications de niche. Dans le secteur automobile, par exemple, une structure de carrosserie en blanc produite avec des techniques composites traditionnelles est généralement environ 60 % plus légère qu'une structure fabriquée en acier, mais environ 20 fois plus coûteuse. Cela a limité son application aux véhicules à faible volume / coût élevé, ou lorsque le constructeur automobile subventionne le processus dans le cadre de leur apprentissage des nouvelles technologies.

Les innovations de Williams Advanced Engineering visent à relever ces défis pour libérer les avantages du CFRP.

Le cœur de l'innovation 223 est un procédé radicalement différent (et donc confidentiel) pour l'intégration d'une feuille de renfort en fibres sèches tissées avec une matrice de résine préparée séparément.

Le processus 223 a été conçu comme un moyen rentable de créer des structures composites tridimensionnelles à partir d'une forme bidimensionnelle. Il convient aux géométries en forme de boîte, telles que les conteneurs de batterie pour les véhicules électriques, ou potentiellement même les monocoques de véhicules complets.

Le nom est dérivé de l'une des caractéristiques déterminantes du processus : alors que les composants composites doivent généralement être disposés dans leur géométrie finale, 223 permet à la pièce d'être créée initialement en tant que composant bidimensionnel avant d'être pliée en une structure tridimensionnelle.

Cela se prête à un large éventail d'applications. En particulier, 223 convient aux structures qui sont actuellement assemblées à partir de nombreux composants séparés, et où l'accès pour l'aménagement ajoute du temps et de l'argent. Un bon exemple est une carrosserie automobile en blanc, qui se compose généralement d'environ 300 emboutis métalliques, fabriqués avec peut-être 600 outils différents ; un capot de véhicule peut nécessiter quatre opérations de pressage différentes. En utilisant 223, le nombre d'emboutis a pu être réduit à environ 50, tous créés sur une seule machine avec une réduction significative des dépenses d'investissement pour l'outillage.

Un gain de poids de l'ordre de 25 à 30 % pourrait être réalisable sur une carrosserie en blanc, par rapport à une structure équivalente en alliage d'aluminium. Avec 223, cela pourrait être livré dans des volumes plus élevés et à un coût inférieur à celui d'une solution composite traditionnelle. Là où moins de résistance est requise, des économies supplémentaires pourraient être réalisées en spécifiant des matériaux moins coûteux, par exemple des fibres de verre, tandis que des résines alternatives peuvent être spécifiées pour augmenter la ténacité et la résistance à la chaleur.

Racetrak est un nouveau procédé pour créer des éléments structuraux à très haute résistance qui relient deux ou plusieurs points, tels que les triangles automobiles ou les bras de liaison des trains d'atterrissage d'avions. La technique s'appuie sur un concept de conception éprouvé, où une boucle continue de matériau unidirectionnel - dans ce cas, la fibre de carbone - offre une résistance extrêmement élevée.

Cette localisation d'une résistance intégrée très élevée permet une réduction substantielle des coûts qui, lorsqu'elle est combinée à des niveaux élevés d'automatisation, permet d'obtenir un composant abordable qui est nettement plus léger que les alternatives traditionnelles.

Dans le cas d'un triangle pour une application automobile, la pièce finie pourrait être environ 40 % plus légère que l'article en aluminium forgé équivalent et jusqu'à 60 % plus légère que l'acier, ce qui la rend plus compétitive avec une pièce forgée en aluminium de qualité supérieure.

Les pièces Racetrak se composent de trois composants principaux : un noyau de matériau en vrac non tissé à faible coût, une boucle de fibre de carbone unidirectionnelle et des deux côtés de celle-ci, une coque de protection en feuille de fibre tissée découpée à l'emporte-pièce. La fabrication est entièrement automatisée, avec la boucle unidirectionnelle enroulée de manière robotisée pour créer un placement de fibre sur mesure précis et reproductible. Cette préforme en matériau renforcé est ensuite placée à sec dans un outil, qui applique une légère pression de façonnage pour créer une cartouche amovible.

Celui-ci est placé dans une presse industrielle, où un vide est appliqué et la résine est injectée dans le moule chauffé. Dans ces conditions, la résine met environ 90 secondes à durcir. Il est ensuite éjecté de la machine et une nouvelle cartouche chargée.

Avec un temps de cycle actuellement de seulement 120 secondes, une seule presse utilisant ce procédé peut produire plus de 500 000 unités par an.

Concept de plate-forme de véhicule électrique Williams Advanced Engineering FW-EVX. Le FW-EVX est une vision d'une future plate-forme de véhicules électriques qui intègre une gamme de nouvelles approches, dont Racetrak et 223 , dans une solution unique hautement intégrée qui répond aux défis des véhicules électriques efficaces et abordables.

Publié le 09 mars 2019 dans Fabrication, Matériaux, Réduction de poids | Lien permanent | Commentaires (2)