NLR start onderzoekscentrum rond reparatie composieten

Het gebruik van composietmaterialen is een nieuwe norm geworden in de luchtvaart- en mobiliteitssector. Hoewel de voordelen op het gebied van gewicht, sterkte en bruikbaarheid duidelijk zijn, zijn er nog enkele grote lacunes die moeten worden opgevuld – namelijk een kenniskloof bij het inspecteren, repareren en verlengen van de levenscyclus van dergelijk materiaal. Om deze leegte op te vullen, lanceert het NLR samen met materiaal- en technologie-experts de DCMC, gericht op het vergroten van kennis om de wereld van composieten in beweging te houden.

Collin Arocho
12 mei

Als je de afgelopen decennia in een auto hebt gereden, heb je waarschijnlijk gemerkt dat de constructie is veranderd. Hoewel carrosserieën nog altijd grotendeels uit staal zijn opgetrokken, zijn steeds meer structurele onderdelen van composietmaterialen zoals koolstofvezel. Ook de lucht- en ruimtevaartsector heeft het gebruik van composieten overgenomen, omdat het gewicht en dus brandstof bespaart. En met alle aandacht voor de bestrijding van klimaatverandering, zal een breder gebruik van deze duurzame en lichtgewicht composietmaterialen zonder meer een belangrijke rol spelen bij het verlagen van de uitstoot.

Een machine voor het plaatsen van vezels. Foto: NLR

Volgens composietexpert Bert Thuis van het Nederlands lucht- en ruimtevaartcentrum NLR blijft er echter in ieder geval één grote uitdaging. ‘Het is duidelijk dat het gebruik van composieten toeneemt, wat geweldig is. Wat we echter zijn zien, is dat er echt een kenniskloof bestaat als het gaat om het inspecteren en repareren van composietconstructies’, aldus Thuis.

Daar wil het NLR verandering in brengen door samen met ruimtevaartspecialisten GKN Fokker, Specto Aerospace en de Technische Universiteit Delft het Development Centre for Maintenance of Composites (DCMC) op te richten – een nieuw onderzoekscentrum dat volledig is gewijd aan de ontwikkeling van nieuwe technologieën en het vergroten van kennis om de levenscycli van composietmaterialen en onderdelen te verlengen.

Over het hoofd zien

Bijna de helft van zijn ruim dertig jaar bij NLR, is Thuis – nu technisch directeur van het DCMC – actief bij de structured technology-afdeling van het lucht- en ruimtevaartcentrum. Daar was hij betrokken bij een aantal oem’s die nieuwe ontwikkelingsprogramma’s lanceerden. Hun doel is volgens Thuis simpel. Ze willen vliegtuigen, helikopters of drones verkopen. Bij levering sturen ze ook een reparatiehandleiding met reparatie-instructies mee.

‘Wat we echter zien, is dat deze handleidingen erg dun zijn en niet veel instructies bieden’, constateert Thuis. ‘Om het operationele niveau van een vliegtuig of helikopter te verhogen, moeten nieuwe inspectie- en reparatieprocedures worden ontwikkeld en beschikbaar worden gesteld – ofwel om interne reparaties door de operator mogelijk te maken, ofwel door een speciaal communicatiekanaal op te zetten met reparatiesuggesties en -instructies van oem’s.’

Een bijkomende uitdaging is het feit dat bij composieten de schade vaak gemakkelijk over het hoofd wordt gezien of zelfs helemaal onzichtbaar blijft. Als je een hamer pakt en tegen je auto slaat, zie je een deuk. Het is een schade, die gemakkelijk te zien is en normaal gesproken eenvoudig te repareren is. Composieten daarentegen, met name de hoogwaardige, hightech materialen zoals thermoplasten of met koolstofvezel versterkte thermoharders die worden gebruikt in de luchtvaart- en auto-industrie, hebben niet dezelfde plasticiteit. Dat betekent dat de schade misschien zichtbaar schade is, maar er wel is en mogelijk ernstig kan zijn.

Kussende verbinding

Het probleem is dat de huidige inspectie- en reparatiemethoden verouderd en arbeidsintensief zijn. De meest gebruikte techniek om schade te onderzoeken, staat bekend als de specht, waarbij iemand met een spitse hamer over het hele oppervlak van het vliegtuig gaat en op het composiet tikt om naar holle geluiden te luisteren. Wanneer een slechte plek wordt gevonden, wordt het materiaal rond de beschadiging doorgesneden, gaten in het oppervlak geboord en een patch met klinknagels bevestigd.

‘De inspectie- en reparatietechnologie zit sinds de jaren 90 op hetzelfde niveau, met nauwelijks verbetering. Om schade te herstellen, moeten technici meer schade aan de constructie aanbrengen door gaten te boren. Dat is op dit moment de enige oplossing’, beschrijft Thuis. ‘Tot nu toe was het een soort van heilige graal om een bindende patch te ontwikkelen om de probleemgebieden op te vullen. Maar het probleem is dan: hoe weet je of de verbinding sterk genoeg is, of dat het een zogenaamde kussende verbinding is – waar de hechting op het eerste gezicht sterk genoeg lijkt te zijn, maar met een tikje er toch af valt? En als de verbinding goed is, hoe lang houdt ze dan stand? Deze punten zijn cruciaal, maar op dit moment weten we dat gewoon niet.’

Op dit vlak denken Thuis en NLR met het DCMC een echt en blijvend verschil te kunnen maken. Het technologie-instituut levert kennis en onderzoekers om het centrum op gang te krijgen. Daarnaast zal het NLR het DCMC voorzien van experts voor het geven van training en beoordeling van potentiële technologieën in het veld.

Niet-destructieve inspectie. Foto: NLR

‘Samen met onze partners focussen we op de modernisering en automatisering van de inspectie en het onderhoud van composietmaterialen. We hebben een behoorlijk uitgebreide technologieroadmap opgesteld, waarbij we kijken naar verschillende technieken en benaderingen, variërend van ultrasone oplossingen tot warmtebeeldscanning zoals shearografie, thermografie en meer’, aldus Thuis. ‘We willen ook andere experts en innovators in staat stellen om niet alleen van onze expertise te leren, maar ook om die van hen te delen. Daarvoor zal de DCMC een ontwikkelbox uitrollen, waar leden van het centrum hun technologie kunnen testen en valideren op een aantal verschillende samengestelde modules en modellen, en wellicht hulp krijgen van DCMC om hun oplossingen te helpen optimaliseren.’

Visie

Het openen van zo’n centrum biedt Nederland volgens Thuis de kans om internationaal erkend te worden op het gebied van composietonderhoud. Hij haast zich te zeggen dat de opening van het DCMC nog maar het begin is. Het grotere doel van NLR is om die voorsprong te behouden en de branche minstens een stap voor te blijven.

‘Bedrijven richten zich vaak op de problemen die ze het komende jaar voorzien. Maar we denken hier echt over na met een visie op langere termijn en willen technologische ontwikkelingen in het vakgebied echt stimuleren. We hebben veel te doen, vooral omdat we een hausse voorzien in het gebruik van composieten in de komende vijf tot tien jaar’, zegt Thuis. ‘Maar wij geloven dat de DCMC de potentie heeft om een expertisecentrum te zijn in het bevorderen van composietmateriaaltechnologieën in de lucht- en ruimtevaart en daarbuiten – inclusief automobiel-, maritieme en zelfs windturbines in de energiesector. Kortom, als het beweegt, denken we dat we kunnen helpen.’