Dekade Mendatang: Menavigasi Ketidakpastian dengan Visi Jelas
Saat kita memasuki dekade 2020, layak untuk merenung apa yang dibawa tahun 2010 ke komunitas komposit dan bagaimana inovasi ini mungkin atau tidak membentuk masa depan. Di pasar komposit tradisional penerbangan, Boeing 787 mulai beroperasi pada 2011, dengan Airbus A350 XWB yang sama intensif komposit berikutnya pada 2015. CSeries Bombardier pesawat satu gang, dengan sayap yang diinfusi resin, mulai beroperasi pada 2016. Airbus kemudian mengakuisisi lini produk CSeries pada 2018, mengganti mereknya menjadi A220. Akhirnya, dan dengan duka, 2019 menandai pembatalan Airbus A380, pesawat yang luar biasa yang memulai banyak inovasi komposit.
Di bidang otomotif, BMW mengguncang industri dengan pada 2013 i8 dan i3 memperkenalkan, menantai vertikal global dan menyebabkan banyak orang menyimpang bahwa era kendaraan intensif serat karbon akan segera tiba en masse. Dua tahun kemudian, BMW menghadirkan 7-Series yang dirancang ulang, kendaraan multi-material dengan sekitar 15 bagian struktural dalam serat karbon, yang menunjukkan mungkin jalur alternatif untuk adopsi massal. Akhir dekade, General Motors memperkenalkan pika pika Sierra Denali dengan kotak termoplastik terperkarbon serat yang dicetak kompresi, dan pada 2019 versi mesin belakang Corvette dengan balok bumper belakang pultruded yang lengkung.
Di area daur ulang komposit, terutama untuk komposit serat karbon (di luar sisa serat), dekade dimulai dengan hampir tidak ada basis pasokan dan berakhir dengan lebih dari selang puluh pemasok, banyak yang menyediakan kuantitas komersial ke aplikasi downstream. Industri energi angin memiliki dekade yang luar biasa, lebih dari tiga kali lipat kapasitas di seluruh dunia dan terbukti menjadi pasar yang kuat untuk komposit. Saya akan membahas energi angin lebih detail bulan depan, jadi akan fokus di sini pada penerbangan dan otomotif.
Meskipun saya bermarkas di AS, saya memiliki kesempatan pada awal 2019 untuk mengunjung sejumlah institusi penelitian di Inggris yang fokus pada komposit, dan pada Desember saya mengunjung beberapa institusi Fraunhofer dan fasilitas DLR di utara dan selatan Jerman, serta beberapa fasilitas produksi yang melayani pasar penerbangan dan otomotif. Kunjungan dan diskusi ini menambah pengamatan saya di AS tentang ke mana pengembangan bahan dan proses sedang menuju saat kita memulai 2020. Meskipun perbedaan ada pada beberapa tingkat antara negara, inti utama benar-benar global — meningkatkan kecepatan produksi dan mengurangi biaya mendominasi, dengan daur ulang dan keberlanjutan integral dari upaya R&D ini. Semua memastikan kembali bahwa kolaborasi internasional untuk menangani masalah ini tidak hanya bermanfaat, tetapi wajib jika komposit akan benar-benar menggantikan bahan tradisional.
Meskipun pertanyaan masih ada, masa depan komposit di penerbangan menjadi agak lebih jelas. Meskipun tidak ada pengumuman resmi tentang pengganti untuk Boeing dan Airbus satu gang andalan, jelas bahwa banyak penelitian penerbangan difokuskan pada pengiriman teknologi untuk memproduksi, memesin, memeriksa dan merakit struktur komposit canggih besar pada laju yang lebih tinggi. Satu hal untuk mengirimkan 100 hingga 140 jet badan lebar per tahun, tetapi hal yang sama sekali berbeda untuk membangun 700 hingga 900 pesawat satu gang setiap tahun dengan struktur primer komposit. Saat seseorang mempertimbangkan pasar berdekatan dalam kendaraan udara tanpa pilot (UAV) dan mobilitas udara perkotaan (UAM) seperti air taxi, volume kemungkinan dalam ribuan per tahun. Meskipun ada minat yang besar pada termoplastik, struktur besar untuk pesawat penumpang paling mungkin akan tetap dalam termoset (prepreg infused vacum atau cured luar autoclave), dengan termoplastik dalam klip, braket, rib dan komponen kecil lainnya. Untuk pasar UAV dan UAM, harapkan industri untuk mempertimbangkan termoplastik dan juga menggabungkan teknologi yang dikembangkan untuk otomotif, seperti transfer resin tekanan tinggi (HP-RTM), pultrusion dan cetak kompresi.
Dunia otomotif, di sisi lain, menunjukkan ketidakpastian yang besar. Masih ada minat yang kuat pada serat karbon, namun nilainya sekarang harus dipertimbangkan dalam cahaya kekuatan pengemudi lain — elektrifikasi, mobilitas dan otonomi — bukan hanya ringan untuk ringannya. Selama 10 tahun terakhir, waktu siklus dan biaya komposit serat karbon telah dikurangi 50% atau lebih, namun masih memiliki lebih lanjut. Serat karbon diskontinu, baik daur ulang atau dari prekursor/proses dengan biaya lebih rendah, akan menemukan rumah sebagai penguat untuk senyawa cetak kompresi atau injeksi, di mana otomatisasi tinggi dan tingkat sisa rendah. Meskipun BMW baru-baru ini mengumumkan bahwa akan terus membangun i3 sampai 2024, industri otomotif Jerman secara keseluruhan mundur dari aplikasi baru untuk serat karbon kontinu. Masa depan serat karbon dalam struktur primer volume tinggi akan tergantung pada menurunkan biaya bagian jadi menjadi kurang dari €18 per kilogram (sekitar $10 per pon). Solusi jangka menengah yang mungkin termasuk struktur serat kaca kontinu atau hibrid kaca/serat karbon, serta pengembangan yang ditingkatkan komponen overmolded hibrid.
Apa yang akan dihasilkan 10 tahun mendatang untuk komposit? Untuk hal-hal yang terbang, masa depan terlihat cerah. Namun untuk kendaraan darat, kita masih membutuhkan beberapa teroboran.
