Tape Termoplastik: Mendorong Inovasi dalam Struktur Pesawat Komposit
Produksi struktur pesawat telah sangat terpengaruh oleh pandemi COVID-19, tetapi upaya penerbangan antariksa tidak selalu mengikutinya, setidaknya untuk Web Industries (Marlborough, Mass., AS), sebuah perusahaan yang menawarkan layanan pemotongan tape termoplastik untuk berbagai aplikasi pelanggan. Menurut Grand Hou, direktur global risiko dan teknologi, penerbangan antariksa, upaya riset di luar angkasa, mobilitas udara perkotaan (UAM) dan militer telah berjalan dengan cepat untuk memungkinkan generasi pesawat berikutnya - dan komposit, khususnya tape termoplastik, telah menjadi kunci banyak upaya ini.
Tape termoplastik tentu bukan hal baru (lihat CW Editor-in-Chief Jeff Sloan "I want to say two words to you: 'Thermoplastic tapes'" untuk lebih banyak kisah belakang yang berlangsung sejak 1960-an), tetapi beberapa tahun terakhir telah melihat peningkatan minatnya, terutama untuk penerbangan antariksa komersial dan aplikasi berkinerja tinggi lainnya (seperti tulang sayap untuk program Wing of Tomorrow dan program Multifunctional Fuselage Demonstrator, di antara lainnya). Dibandingkan tape termo-set, termoplastik menawarkan keuntungan seperti ketahanan yang lebih tinggi, daur ulang yang lebih mudah, kemampuan untuk diproses bebas autoclave (OOA) dan fakta bahwa dapat disimpan pada suhu ruangan.
Web Industries berada di garis depan pengembangan dan aplikasi termoplastik, terutama dengan kemampuan pemformatan yang banyak, yang mencakup pemotongan tape termo-set dan termoplastik dari pemasok menjadi berbagai bentuk dan format untuk memenuhi persyaratan pelanggan tertentu. Dengan garis produksi pemotongan tape yang berbasis di AS dan fasilitas Eropa, kemampuan Web mencakup pemformatan tape termoplastik berkinerja tinggi polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK) dan polyaryletherketone (PAEK), yang paling banyak digunakan dalam aplikasi penerbangan antariksa.
Tape TP untuk struktur pesawat sekunder - dan tantangan dalam struktur primer
Saat ini, Hou menyatakan, sebagian besar aktivitas struktur pesawat dalam prepreg termoplastik berpusat pada struktur sekunder seperti klip, panel akses atau substruktur, sementara struktur primer yang kritis penerbangan seperti sayap dan fuselage terbuat dari komposit termo-set atau logam.
"Banyak tantangan adalah tentang mengelola risiko," katanya, dan bagian dari masalahnya secara historis adalah rasa sakit pertumbuhan prepreg termoplastik dari pemasok. Material termoplastik lebih kurang matang dibanding tape termo-set. Menurut Hou, sementara tape termo-set telah memiliki dekade produksi volume besar untuk menskalakan dan menyempurnakan, material termoplastik masih dalam masa awal penggunaan dalam proses otomatis untuk produksi volume besar.
Namun, Web Industries bekerja dengan berbagai pemasok material komposit, dan Hou mengatakan secara keseluruhan konsistensi material dan skala telah meningkat sangat besar selama beberapa tahun terakhir. Lebar, panjang, ketebalan, tegangan serat dan konsistensi resin semuanya jauh lebih konsisten dan berkualitas lebih tinggi saat ini, katanya.
Faktor prohibitif lainnya dalam pembuatan struktur primer termoplastik yang lebih besar adalah material termoplastik cenderung lebih mahal dibanding termo-set. "Tidak akan lebih banyak diadopsi jika tidak ada keuntungan biaya secara keseluruhan," Hou mengakui, mengatakan bahwa kolaborasi dan bantuan teknis sangat penting untuk membantu menurunkan biaya proses. "Kami dapat mencapai solusi yang lebih baik ketika semua orang bekerja sama sejak tahap awal proyek hingga akhir untuk mencapai tujuan bersama."
Fleksibilitas proses dan kustomisasi material
Secara keseluruhan, Hou melihat banyak potensi dan aktivitas yang meningkat untuk tape termoplastik sekarang dan di masa depan, dengan fleksibilitas menjadi salah satu titik balik utama bagi pelanggan.
Saat ini, tape termo-set terbatas terutama pada penempatan serap otomatis (AFP), dengan keterbatasan kuring autoclave dan persyaratan suhu penyimpanan. Termoplastik dapat memungkinkan pendekatan proses yang lebih fleksibel serta pemrosesan OOA, Hou mengatakan, termasuk format tape untuk penempatan tape otomatis (ATL), dan filamen untuk manufaktur aditif.
Menurut Web Industries, solusi pemformatan dan rantai pasokan skala komersial akan kritis dalam menyediakan pembuat struktur pesawat dengan tape termoplastik yang dibelah yang diperlukan untuk mendukung tarif pembangunan industri yang diproyeksikan.
Prepreg termoplastik juga dapat disesuaikan untuk aplikasi tertentu. Menurut Hou, pengguna akhir mencoba mencocokkan material dengan setiap aplikasi. Karena termoplastik sangat dapat disesuaikan, format tertentu dapat dikembangkan untuk bagian tertentu, katanya, memaksimalkan penggunaan material dan mengurangi biaya downstream pelanggan. Dengan UAM, luar angkasa dan militer sebagai area aktivitas tinggi, Ashley Graeber, direktur penjualan dan pengembangan bisnis baru, menyatakan bahwa aktivitas disesuaikan per proyek, bukan per program pesawat.
Pemformatan material termoplastik untuk aplikasi tertentu juga membantu mengurangi limbah, kata Jason Surman, VP penjualan, penerbangan antariksa. Di industri penerbangan antariksa, rasio beli-ke-terbang, yang adalah rasio bahan baku terhadap massa bagian yang selesai, adalah perhatian utama. Tujuan adalah memiliki rasio beli-ke-terbang sebesar mungkin 1:1, yang berarti hampir tidak ada material limbah. Material yang tepat dalam format yang tepat untuk aplikasi yang tepat dapat secara drastis mengurangi limbah, Surman mengatakan. Di industri penerbangan antariksa, 30% limbah adalah "sangat umum," katanya, dan untuk menurunkan limbah di bawah tingkat itu memerlukan upaya kolaboratif dari semua pihak.
"Menikahkan material dengan proses sangat penting," Surman menambahkan, "dan tape termoplastik muncul sebagai solusi yang memungkinkan bagi produsen struktur pesawat."
