“Met composiet kan een auto dertig procent lichter”

Het onderzoekscentrum voor toepassingen van thermoplastisch composiet (TPAC) van Saxion Hogeschool in Enschede werkt met partners in een Europees project aan het vervangen van stalen auto-onderdelen door een veel lichter en bovendien recycleerbaar composietmateriaal, op een manier die past in de maakprocessen van de bestaande kunststofverwerkende industrie.

Directeur Ferrie van Hattum zoekt met het bedrijfsleven en verschillende universiteiten naar circulaire oplossingen voor de auto-industrie. "Het doel is met lichtgewicht onderdelen het staal in auto’s te vervangen daar waar dat kan. In ons zogenoemde 3D FAIM-project laten we op Europees niveau zien dat nieuwe technologieën op een industriële schaalop een veilige manier staal kunnen vervangen in de automotive sector."

Fiber Application & Injection Moulding

In 3D-FAIM draait het om Fiber Application & Injection Molding: het maken van onderdelen voor auto’s uit composiet, waarbij het maakproces is in te passen in de huidige kunststofverwerkende industrie. Met als doel op een efficiënte manier lichtere onderdelen voor auto’s te produceren die aan het einde van de levenscyclus kunnen worden hergebruikt. "Per auto levert elke kilo gewichtsbesparing over de gehele life cycle pakweg zeven liter brandstofbesparing op. En omdat je bij auto’s al gauw praat over onderdelen die tien tot twintig kilo wegen, zet dat dus snel zoden aan de dijk", berekent Van Hattum. "Winst is bijvoorbeeld te behalen in een autostoel. Van oudsher heeft die een stalen frame, wat een relatief zwaar onderdeel is. De keuze voor het stijve en veilige staal werd oorspronkelijk niet voor niets gemaakt, maar composiet is inmiddels een lichter alternatief dat dezelfde onwrikbare eigenschappen in zich draagt. Het is best pittig met een stuk staal te concurreren want daarin zit zestig jaar optimalisatie. Maar composiet stelt ons in staat het maakproces van zo’n frame heel anders vorm te geven."

Minus dertig procent

Volgens Van Hattum komen uiteindelijk veel semi-structurele onderdelen van een auto in aanmerking om op een nieuwe manier van lichter materiaal te worden geproduceerd. Dat kan leiden tot auto’s die zo’n dertig procent minder wegen, met dezelfde eigenschappen qua veiligheid. "Of neem elektrische auto’s, die kunnen straks met kleinere batterijen worden uitgerust want met minder gewicht kom je een stuk verder."

Maar er is meer mogelijk. "Wij proberen de composiettechnologie zo te ontwikkelen dat we die inpassen in de maakprocessen van de bestaande kunststofverwerkende industrie. Dashboards en schaaldelen voor auto’s worden al van kunststof gemaakt. Maar omdat kunststof niet voor alle onderdelen van de auto sterk genoeg is, moeten ze vaak nog op een stalen deel worden bevestigd." Als dat deel door composiet wordt vervangen, vormen beide materialen samen een sterk, maar licht alternatief voor de auto-onderdelen, aldus Van Hattum. "We hebben daarvoor een 3D-printproces ontwikkeld waarmee we een insert van composiet, een soort geraamte, kunnen maken dat precies op die plekken neergelegd wordt waar we de sterkte en stijfheid van het materiaal nodig hebben. Wanneer we dat deel vervolgens overspuiten met kunststof, hebben we ook het dashboard of het stoelframe dat we willen hebben, maar dan vele malen lichter."

Over vijf jaar

In de huidige generatie auto’s wordt al volop met lichter materiaal gewerkt. Het onderzoek van TPAC en de partners richt zich vooral op de volgende generatie voertuigen die over een jaar of vijf profiteert van de nieuwe technologische toepassingen. "We gaan vanuit onze expertise niet het mobiliteitsprobleem oplossen maar we zorgen er wel voor dat voortbewegen van de auto energie-efficiënter kan door een lager gewicht. Bovendien kan je thermoplastische kunststoffen van dit type hergebruiken. Aan het einde van de rit demonteer je de auto, gooi je het kunststofmateriaal in de shredder en pers je er nieuwe producten van die weer opnieuw in een auto gebruikt kunnen worden."

Portier demonstrator

Hoewel er de afgelopen jaren intensief is samengewerkt met de TU in Chemnitz (D), liep de laatste fase van het onderzoeksproject door corona-restricties wat vertraging op. "We werken daarom nu nog aan een demonstrator van een autoportier. Met dat project gaan we aantonen dat we met de inzet van composiet in kunststof in een spuitgietproces een impactbalk van een autoportier kunnen maken, waarbij we dus ook het traditioneel uit staal geproduceerde deel vervangen door kunststofcomposiet. Dit wordt de volgende stap in ons onderzoek dat laat zien dat we in een Europees samenwerkingsverband onze nieuwe technologieën op industriële schaal in de automotive sector kunnen toepassen."