Куда катится мир композитов

Использование композитных материалов в разных отраслях в последние годы неуклонно растет. Это связано с тем, что инженеры и конструкторы находятся в постоянном поиске более дешевых, легких и стойких к различным воздействиям материалов для своих проектов. Композитные материалы сильно различаются по составу, текстуре и дизайну, но обладают уникальными свойствами, которые дают им преимущество перед более традиционными материалами. Например, некоторые из них обеспечивают высокую прочность, термостойкость и химическую стойкость.

Теперь, когда композитные материалы привлекли к себе всеобщее внимание, можно выделить интересные тенденции, связанные с их использованием и внедрением.

Сверхлегкие композиты

Сверхлегкие композиты производят настоящий фурор в некоторых отраслях, таких как авиастроение, автомобилестроение и возобновляемая энергетика. Такие композиты являются экономически эффективными, что снижает общие затраты на производство и эксплуатацию.

Фото: ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина

Коммерческие ветряные турбины стоят от 1,3 до 2,2 миллионов долларов за МВт установленной номинальной мощности. Стоимость можно значительно снизить, используя более подходящие композитные материалы, которые будут долговечными, устойчивыми к атмосферным воздействиям и окружающей среде.

Аэрокосмическая промышленность также использует легкие композиты, например, армированные углеродными волокнами и наночастицами. Композитные материалы получаются прочнее, лучше подходят для экстремальных условий и на 30% легче, что снижает расход топлива и аэродинамическое сопротивление самолетов.

Экологически чистые материалы

«Зеленые» инициативы на пике популярности и они безусловно будут пользоваться большой поддержкой в обществе. Особое внимание будет уделяться экологически чистым технологиям и решениям, и в этом направлении у композитов есть все шансы выйти на лидирующие позиции.

Фото: «Татнефть-Пресскомпозит»

Уже сейчас существуют так называется нано- или биосмолы, которые разработаны из экологически чистых компонентов и способны к вторичной переработке. Множество научных трудов посвящено использованию различных растительных волокон в качестве армирующих компонентов для композитных материалов.

Некоторые композиты можно производить на месте или с использованием новых технологий, таких как промышленные 3D-принтеры. Это также дает преимущества, в том числе экологические, связанные с экономией на транспортировке и логистике.

Умные инженерные компоненты

Композитные материалы уже меняют правила игры, обеспечивая более интеллектуальное производство и интуитивно понятный дизайн компонентов. Более того, из композитов мы можем создавать изделия сложной геометрии, имитировать множество вариантов отделки поверхности, будь то гладкая или текстурированная. Это позволяет подгонять и формовать компоненты для каждого отдельного проекта. Производство изделий из традиционных материалов таким образом намного дороже и, как правило, занимает больше времени и включает в себя несколько производственных этапов.

Фото:то«Анизопринт»

Однако дело не только в расходах. Это также касается скорости и точности изготовления этих деталей и компонентов. То, как они разработаны, и тот факт, что дизайн может быть адаптирован для каждого конкретного проекта, экономит временные производственные ресурсы, создает более точные и качественные изделия и впоследствии снижает затраты на обслуживание.

Цифровое производство композитов

Не секрет, что раньше производство изделий из композитных материалов занимало много времени, но сейчас это уже в прошлом. И все благодаря некоторым эффективными и передовыми технологиями, а именно цифровому композитному производству. Этот процесс позволяет производить детали и компоненты из композиционных материалов без ручного труда.

Выкладочная головка производства компании Automated Dynamics, США

По сути, инженеры создают цифровую модель того или иного изделия, закладывают все необходимые свойства и характеристики, причем эти характеристики могут быть неоднородными по поверхности изделия (например, можно создать усиление по краям изделия или специальный химостойкий внешний слой). А затем 3-D роботы или 3-D принтеры создают (формуют) уникальное изделие слой за слоем.

Нано уровень

Представьте себе композитный материал, усиленный почти невидимыми нано- волокнами, используемый для создания невероятно прочных и почти неразрушимых изделий. Именно к этому мы и движемся, и исследователи уже получают такие материалы в лаборатории. Одна немецкая химическая компания Altana AG утверждает, что может создавать крошечные углеродные нанотрубки, которые в 400 раз прочнее стали или алюминия и в 20 раз прочнее углеродных волокон.

Фото: Научная Россия

Возможности использования этих гораздо более прочных композитных материалов практически безграничны. Они могут быть спроектированы и созданы по индивидуальному заказу, и одна только прочность расширяет их потенциальные сферы применения в геометрической прогрессии. Представьте себе небьющиеся смартфоны или корпус автомобиля, который являются более прочным и защищенным. Здания и другие сооружения смогут выдерживать невероятное давление и экстремальные природные явления.