Dekade mendatang:Kejelasan dengan dosis ketidakpastian yang kuat
Saat kita memasuki dekade 2020-an, ada baiknya mencerminkan apa yang dibawa tahun 2010-an ke komunitas komposit dan bagaimana inovasi ini mungkin atau mungkin tidak membentuk masa depan. Di pasar komposit tradisional kedirgantaraan, Boeing 787 mulai beroperasi pada 2011, dengan Airbus A350 XWB dengan komposit intensif serupa menyusul pada 2015. Bombardier's CSeries pesawat lorong tunggal, dengan sayap resin-infused, mulai beroperasi pada 2016. Airbus kemudian mengakuisisi CSeries lini produk pada tahun 2018, mengubah namanya menjadi A220. Akhirnya, dan sayangnya, 2019 menandai pembatalan Airbus A380, pesawat yang lebih besar dari kehidupan yang memelopori banyak inovasi komposit.
Di bidang otomotif, BMW mengguncang industri pada tahun 2013i8 dan i3 memperkenalkan , membangun rantai pasokan vertikal global dan menyebabkan banyak orang berspekulasi bahwa usia kendaraan intensif serat karbon akan segera tiba secara massal . Dua tahun kemudian, BMW menghadirkan 7-Series yang didesain ulang , kendaraan multi-material dengan sekitar 15 bagian struktural dalam serat karbon, mungkin menunjukkan jalan alternatif untuk adopsi massal. Di penghujung dekade, General Motors meluncurkan Sierra Denali truk pikap dengan kotak termoplastik yang diperkuat serat karbon yang diperkuat dengan kompresi, dan pada tahun 2019 versi mesin belakang Corvette dengan balok bemper belakang melengkung dan menonjol.
Di bidang daur ulang komposit, terutama untuk komposit serat karbon (di luar serat bekas), dekade dimulai dengan hampir tidak ada basis pasokan dan berakhir dengan lebih dari selusin pemasok, banyak yang menyediakan jumlah komersial ke dalam aplikasi hilir. Industri energi angin memiliki dekade spanduk, lebih dari tiga kali lipat kapasitas di seluruh dunia dan terbukti menjadi pasar yang kuat untuk komposit. Saya akan membahas angin lebih detail bulan depan, jadi saya akan fokus di sini pada kedirgantaraan dan otomotif.
Meskipun saya berbasis di AS, saya berkesempatan pada awal 2019 untuk mengunjungi sejumlah lembaga penelitian di Inggris yang berfokus pada komposit, dan pada bulan Desember saya melakukan kunjungan ke beberapa Institut Fraunhofer dan fasilitas DLR di Jerman utara dan selatan, sebagai serta beberapa fasilitas produksi yang melayani pasar dirgantara dan otomotif. Kunjungan dan diskusi ini menambah pengamatan saya di AS tentang ke mana arah pengembangan material dan proses saat kita memulai 2020. Meskipun ada perbedaan di beberapa tingkat antar negara, dorongan utamanya benar-benar global — peningkatan kecepatan produksi dan pengurangan biaya mendominasi, dengan daur ulang dan keberlanjutan merupakan bagian integral dari upaya R&D ini. Semuanya menegaskan kembali bahwa kolaborasi internasional untuk mengatasi masalah ini tidak hanya bermanfaat, tetapi juga penting jika komposit ingin benar-benar menggantikan bahan tradisional.
Sementara pertanyaan tetap ada, masa depan komposit di ruang angkasa menjadi lebih jelas. Meskipun tidak ada pengumuman resmi mengenai penggantian pendukung lorong tunggal Boeing dan Airbus, jelas bahwa banyak penelitian kedirgantaraan difokuskan untuk memberikan teknologi untuk memproduksi, mengolah, memeriksa, dan merakit struktur komposit canggih yang besar dengan harga yang lebih tinggi. Adalah satu hal untuk mengirimkan 100 hingga 140 jet berbadan lebar per tahun, tetapi hal lain sepenuhnya untuk membangun 700 hingga 900 pesawat lorong tunggal setiap tahun dengan struktur primer komposit. Ketika seseorang mempertimbangkan pasar yang berdekatan dalam kendaraan udara tak berawak (UAV) dan mobilitas udara perkotaan (UAM) seperti taksi udara, volumenya mungkin ribuan per tahun. Meskipun ada minat yang cukup besar dalam termoplastik, struktur besar untuk pesawat penumpang kemungkinan besar tetap berada di termoset (prepreg pengawetan vakum atau out-of-autoclave), dengan termoplastik di klip, braket, rusuk dan komponen kecil lainnya. Untuk pasar UAV dan UAM, diharapkan industri mempertimbangkan termoplastik dan juga menggabungkan teknologi yang dikembangkan untuk otomotif, seperti pencetakan transfer resin tekanan tinggi (HP-RTM), pultrusion, dan pencetakan kompresi.
Dunia otomotif, di sisi lain, menunjukkan ketidakpastian yang cukup besar. Masih ada minat yang kuat pada serat karbon, tetapi nilainya sekarang harus dipertimbangkan mengingat kekuatan pendorong lainnya — elektrifikasi, mobilitas, dan otonomi — bukan hanya bobot yang ringan demi bobot yang ringan. Selama 10 tahun terakhir, waktu siklus dan biaya komposit serat karbon telah berkurang 50% atau lebih, namun masih harus terus berjalan. Serat karbon diskontinyu, baik yang didaur ulang atau dari prekursor/proses berbiaya lebih rendah, akan menemukan rumah sebagai penguat untuk senyawa cetakan kompresi atau injeksi, di mana otomatisasi tinggi dan tingkat skrap rendah. Meskipun BMW baru-baru ini mengumumkan bahwa mereka akan terus membangun i3 hingga 2024, industri otomotif Jerman secara keseluruhan mundur dari aplikasi baru untuk serat karbon berkelanjutan. Masa depan serat karbon dalam struktur primer bervolume tinggi akan bergantung pada penurunan biaya suku cadang hingga kurang dari €18 per kilogram (sekitar $10 per pon). Kemungkinan solusi jangka menengah termasuk fiberglass kontinu atau struktur kaca/karbon hybrid, serta peningkatan pengembangan komponen hybrid overmolded.
Apa yang akan dihasilkan 10 tahun ke depan untuk komposit? Untuk hal-hal yang terbang, masa depan terlihat cerah. Tapi untuk kendaraan darat, kami masih butuh beberapa terobosan.
