'Het is pittig om tegen een stuk staal te concurreren': hoe maak je auto's lichter?

“In Nederland hebben we van oudsher natuurlijk niet een grote auto-industrie,” vertelt Ferrie van Hattum, “maar in Duitsland is die er wel. Vandaar dat we voor ons 3D FAIM-project op Europees niveau onderzoek doen naar het ontwikkelen en produceren van lichtgewicht onderdelen die op een veilige manier bijvoorbeeld het staal in auto’s kunnen vervangen.”

Het beste van beide werelden

Saxion ging in 2018 met technische universiteiten uit Duitsland, Polen en Italië én met een groot aantal Europese bedrijven van start met het 3D FAIM-onderzoeksproject. Alles draait daarbij om Fiber Application & Injection Molding: het maken van composieten onderdelen voor auto’s, waarbij het maakproces ook nog eens in te passen is in de bestaande kunststofindustrie. Het beste van beide werelden dus, met als doel op een efficiënte manier lichtere onderdelen voor auto’s te produceren. Onderdelen die bovendien aan het einde van de levenscyclus hergebruikt kunnen worden.

Nieuwe mogelijkheden met composiet

“Elke kilo besparing levert per auto uiteindelijk zo’n zeven liter minder brandstofverbruik op. En wanneer we het over auto’s hebben, dan praten we op onderdelen al snel in grootheden van tien of twintig kilo. Dat zet dus zoden aan de dijk,” vertelt Van Hattum. Waar de winst te halen valt? Bijvoorbeeld in de autostoel. Van oudsher is dat een stalen frame, dat een relatief zwaar onderdeel van het vervoermiddel vormt. De keuze voor het stijve en veilige staal werd oorspronkelijk niet voor niets gemaakt, maar dankzij een nieuwe toepassing als composiet is er een lichter alternatief dat diezelfde, onwrikbare eigenschappen in zich draagt. “Het is pittig om tegen stuk staal  te concurreren,” aldus de lector. “Daar zit zestig jaar optimalisatie in. Composiet stelt ons in staat het maakproces van zo’n frame heel anders vorm te geven.”

Kleinere batterijen

Uiteindelijk komen veel semi-structurele onderdelen van een auto in aanmerking om op een nieuwe manier, van lichter materiaal geproduceerd te worden. Dat kan leiden tot auto’s die zo’n 30% minder wegen, met dezelfde eigenschappen qua veiligheid. “Elektrische auto’s kunnen straks met kleinere batterijen uitgerust worden. Met minder gewicht, kom je een stuk verder.”

Composiet-technologie koppelen aan de kunststofindustrie

Een mooi uitgangspunt, maar er is meer mogelijk. Zo ging het lectoraat, met samenwerkingspartners en studenten, in het onderzoeksproject nog een stap verder. “We proberen de composiet-technologie zo te ontwikkelen, dat we hem inpassen in de maakprocessen uit de kunststofindustrie. Dashboards en schaaldelen voor auto’s worden al van kunststof gemaakt. Omdat kunststof niet voor alle onderdelen van de auto sterk genoeg is, moeten ze vaak nog op een stalen deel bevestigd worden.”

Spuitgietproces

Wanneer zo’n onderdeel door composiet vervangen wordt, zo legt Van Hattum uit, dan vormen beide materialen samen een sterk, maar licht alternatief voor de klassieke auto-onderdelen. “We hebben daarvoor een spuitgietproces ontwikkeld, waarmee we een soort skelet, een insert van composiet kunnen neerleggen. Precies op de plekken waar de stijfheid en sterkte van dat materiaal nodig hebben. Wanneer we dat vervolgens overspuiten met kunststof, dan hebben we óók dat dashboard of het stoelframe dat we willen. Alleen vele malen lichter.”  

Circulair produceren

In de huidige generatie auto’s wordt al volop lichter materiaal verwerkt. Het onderzoek van Saxion en partners richt zich voornamelijk op de volgende generatie voertuigen, die over een jaar of vijf profiteert van de nieuwe technologische toepassingen. “Wij gaan vanuit onze expertise niet het mobiliteitsprobleem oplossen, maar we zorgen er voor dat voortbewegen energie-efficiënter kan. Daarnaast kun je dit type thermoplastische kunststoffen hergebruiken. Aan het eind van de rit demonteer je een auto, gaat het materiaal in de shredder en pers je er nieuwe producten van.”

Nieuwe technologieën op industriële schaal toepassen

Hoewel er de afgelopen jaren intensief samengewerkt kon worden in het TPAC-lab van Saxion en in het lab van de Technische Universiteit van Chemnitz (Duitsland), liep de laatste fase van het onderzoeksproject door corona-restricties rond reizen en samenwerken enige vertraging op. “We werken met de Technische Universiteit Chemnitz nog aan een demonstrator van een autodeur,” besluit Van Hattum. “Daarmee gaan we aantonen dat we met composiet en kunststof in een spuitgietproces een autodeur kunnen maken, waarbij we de traditionele stalen impactbalk vervangen. Dat wordt onze volgende stap. Ons onderzoek laat zien dat we in een Europees samenwerkingsverband nieuwe technologieën op industriële schaal in de automotive-sector toe kunnen passen.”