Эра композитов: суперматериалы для самолетов и гаджетов будущего

В истории человечества было всего несколько переломных моментов, связанных с появлением новых материалов — керамики, стали, пластика. Сегодня мы стоим на пороге следующего этапа — эры композитов . Эти инновационные материалы (вроде углеродного волокна) уже используются в ветряных турбинах, гоночных автомобилях и авиалайнерах. Они значительно легче металлических аналогов, но при этом не уступают им в качестве и требуют меньше ресурсов для производства.

Проще говоря, композиты состоят из двух или более различных элементов, которые объединяются для создания нового материала с улучшенными свойствами. Компоненты сохраняют свои индивидуальные характеристики, но работают вместе, чтобы обеспечить составу повышенную прочность, лёгкость, устойчивость к коррозии и другие преимущества.

Долгое время композиты считались очень малодоступными и дорогими, поэтому их применение ограничивалось узкими областями, например, аэрокосмической промышленностью. Однако сейчас ситуация кардинально меняется благодаря новым производственным технологиям.

История композитных материалов уходит корнями в глубокую древность. Технически, они были изобретены еще в Месопотамии. Современные композиты, начиная с бакелита, были разработаны в начале 20-го века. Индустрия начала набирать обороты в конце 1990-х и начале 2000-х годов. В этот период были усовершенствованы технологии изготовления крупных деталей, таких как корпуса самолетов и лопасти ветряных турбин.

За последние годы ряд стартапов, включая Arris Composites, 9T Labs и Orbital Composites, разработали методы быстрого и недорогого производства небольших деталей из композитов для различных целей. Это открывает перспективы для создания новых видов транспорта, более совершенного оружия, а также более легких и долговечных смартфонов, носимых устройств и другой электроники.

Некоторые потребительские товары с легкими и сверхпрочными деталями от Arris и 9T Labs уже появились на рынке. Например, кроссовки Brooks, спицы для велосипедных колес и элитные часы. Самое интересное еще впереди: Airbus тестирует технологию Arris для замены металлических кронштейнов в своих самолетах. Подобные планы есть и у ST Engineering, выполняющей значительную часть ремонтных работ на воздушных судах в США.

9T Labs также работает над проектами для аэрокосмической отрасли, а еще надеется, что к концу года как минимум один из клиентов будет готов представить велосипеды с использованием ее композитных деталей.

Orbital Composites заключила несколько контрактов с вооруженными силами США на создание деталей для космической и авиационной техники, включая спутники, ракеты, дроны и гиперзвуковые аппараты.

Производственные методы этих компаний существенно отличаются от традиционных подходов в авиастроении и энергетике. Например, Arris формирует углеродные волокна способом, напоминающим гибку проволоки, затем пропитывает их смолой и прессует в специальной форме. 9T Labs использует аддитивные технологии для укладки тонких полосок углеволокна, после чего формует их аналогично процессу Arris. Orbital Composites применяет промышленных роботов со специальными печатающими головками для 3D-печати изделий из углеволокна.

Однако на пути широкого внедрения композитов есть и препятствия. Главная проблема, по словам Джереми Коха из ST Engineering, заключается в том, что со временем композиты могут разрушаться из-за усталости материала. В настоящее время его компания экспериментирует с композитными болтами, изготовленными по технологии Arris, которые могут заменить титановые крепления в самолетах.

Первоначальные испытания показали, что новые болты работают так же хорошо, как и металлические. При этом они легче, проще в изготовлении, потенциально дешевле и защищены от геополитических рисков, связанных с основными поставщиками титана (например, Китаем).

Важно понимать, что прогресс зависит не только от технологических возможностей, но и от преодоления инерции потребительского мышления — люди привыкли ассоциировать металл с качеством, даже в тех случаях, когда он не является лучшим вариантом.