SABIC e Airborne Lançam Linha Digital de Compósitos para Laminados Termoplásticos Reforçados com Fibra

A SABIC se uniu à Airborne para desenvolver a Linha de Manufatura de Compósitos Digital, que rapidamente deposita fitas termoplásticas UD em laminados planos near-net-shape (esquerda), então os consolida em um processo de aquecimento por contato (meio), e finalmente os corta e inspeciona (direita). Espera-se que a Airborne comece a enviar laminados personalizados para clientes de eletrônicos de consumo no próximo ano. Fonte | SABIC.

A SABIC (Bergen op Zoom, Países Baixos) decidiu, em 2012, entrar em fitas compósitos termoplásticos. A empresa já tinha uma ampla oferta de polímeros em materiais de injeção de fibra curta e termoplástico de fibra longa (LFT) (ambos com reforço de fibra de vidro e carbono), então fitas de fibra contínua eram uma extensão lógica de sua tecnologia central. Além disso, a gravitação em direção a fitas termoplásticas alinhou-se com tendências da indústria favorecendo materiais e tecnologias de processo com menor consumo de energia e que são mais sustentáveis e permitem um ambiente mais saudável para trabalhadores. A SABIC convenceu-se de que havia muita oportunidade inexplorada para fitas termoplásticas em múltiplos mercados (veja "Eletrônicos de consumo: capas compósitos híbridas").

Inicialmente, a equipe envolvida com fitas termoplásticas decidiu focar em três tecnologias inter-relacionadas: materiais, design e processamento.

"Nosso objetivo era desenvolver uma tecnologia de fita capaz de produção em massa, eficiência de custo e reprodutibilidade para que cada peça tivesse a mesma alta qualidade," explica Gino Francato, líder global de compósitos da SABIC. "Queríamos que qualquer material que produzíssemos processasse bem, fosse muito eficiente e moldasse em um tempo de ciclo muito curto. E como muitos de nossos clientes estavam mais familiarizados com design de metal, sabíamos que precisávamos trazer novos conceitos e ferramentas de design."

Benchmarking extensivo esclareceu que os parâmetros-chave para fazer consistentemente fitas finas de alta qualidade com a estabilidade dimensional desejada eram tecnologias de espalhamento de fibra e impregnação. Eventualmente, a SABIC conectou-se com a Fiber Reinforced Thermoplastics B.V. (Lelystad, Países Baixos), que oferecia expertise necessária, e a SABIC comprou uma participação majoritária na empresa em 2015.

Não surpreendentemente, design e modelagem de processo representaram outra área de deficiência. Enquanto muitos clientes da SABIC estavam confortáveis projetando com graus de injeção de fibra de vidro curta e longa, produtos de fibra contínua eram uma história diferente, particularmente em combinação com sobremoldagem por injeção.

"Indústrias como automotiva e eletrônicos de consumo não podem fazer negócios com abordagens de tentativa e erro [fazer e quebrar] mais, então eles precisam saber exatamente como prever o comportamento de cada um desses materiais e a interação entre eles," explica Scott Davis, cientista da equipe de tecnologia de aplicação global da SABIC. Isso levou a um programa ambicioso dentro da SABIC para desenvolver ferramentas preditivas que funcionassem em conjunto com ferramentas populares de engenharia auxiliada por computador (CAE) estruturais e de processo. Cartas de material estão atualmente ditas estar disponíveis para pacotes baseados em análise de elementos finitos (FEA) como LS-DYNA (da Livermore Software Development Corp., Livermore, Califórnia) e ABAQUS (da Dassault Systèmes, Vélizy-Villacoublay, França).

Outra percepção que rapidamente se seguiu foi que ser capaz de produzir consistentemente boas fitas não seria suficiente para uma tecnologia tão "subdesenvolvida", porque know-how de engenharia de processo e equipamento automatizado para manusear fitas em altas velocidades de produção ainda não estavam no nível que a equipe sentia que precisavam estar.

"Esperávamos que muitas empresas seriam capazes de produzir esse tipo de produto de alta qualidade, mas não foi o caso," adiciona Francato. "Verificamos a indústria e olhamos muitas empresas, mas a maioria estava focada nas necessidades do automotivo, e não encontramos nenhuma que sentíssemos estar no nível certo — especialmente para servir o mercado de eletrônicos de consumo." Foi quando a equipe de fitas compósitos da SABIC foi apresentada à Airborne (Haia, Países Baixos), um fabricante de máquinas e desenvolvedor de linhas de processamento de compósitos. A Airborne já tinha tido sucesso desenvolvendo equipamento para fazer tubos de fitas termoplásticas para a indústria de óleo e gás. A empresa também tinha experiência com fitas termofixas na indústria aeroespacial.

"Sentimos que a Airborne tinha os mesmos objetivos que nós," continua Francato. "Eles não eram apenas construtores de máquinas, eles também conheciam compósitos e conheciam os desafios com compósitos," ele explica. "Eles tinham toda essa experiência em automatizar linhas de fita mas não queriam entrar em materiais, e nós tínhamos a expertise em materiais mas automação não era nossa área de competência."

Em 2017, a SABIC comprou uma participação minoritária na Airborne; as duas empresas trabalharam juntas para desenvolver o processo e equipamento necessário para produzir laminados baseados em fitas termoplásticas em alto volume — milhões por ano — em um ambiente totalmente automatizado. Este sistema eventualmente veio a ser chamado de Linha de Manufatura de Compósitos Digital (veja "Manufatura de compósitos termoplásticos de alta velocidade, alta taxa").