CETMA is a non-profit research organization located in Italy that focuses on sustainable innovation for transportation through advanced materials and processes. It has 85 employees with expertise in materials engineering, computer science, and industrial design. CETMA conducts research on composites to reduce vehicle weight and fuel consumption, including developing cost-effective manufacturing techniques, joining methods, and defect detection processes. It also investigates bio-based and smart materials. CETMA aims to fully exploit the potential of composite materials through a multidisciplinary approach and knowledge transfer to customers.
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Sustainable Transportation Materials Innovation
1. Sustainable innovation for transportation:
new frontiers per materials and processes.
CETMA contribution
Advanced Materials International Forum
Bari 2014 september 18
Luigi Barone – CETMA General Manager
2. CETMA is a RTO, Research an Technology Organization. It is a non-profit organization
and all its profits are reinvested in R&D.
CETMA was founded in 1994 by ENEA with the aim of developing the Innovation
System of Southern Italy
85 employees:
Researcher, engineers, designers & innovation
managers
SKILLS
•Materials and Structures engineering
•Computer science and engineering
•Industrial design
One of 50 (out 5100)
research organizations
with more than 50
employees in Italy
One of the biggest
research center not linked
to a Great Enterprise
One of 50 (out 5100)
research organizations
with more than 50
employees in Italy
One of the biggest
research center not linked
to a Great Enterprise
3. CETMA is located in the area of “Cittadella della Ricerca” close to Brindisi.
Laboratories and offices take up about 5.000 sq.mt
A well equipped laboratory of advanced materials tecnologies
One of the biggest Virtual Reality Center in Europe
A prototyping laboratory
4. Knowledge and skills acquired
from our independent research projects
are transferred to our customers by
means high qualification services
Profits coming from services are totally
re-invested to co-fund research
projects
University
& Academy
Equipments
Supplier
Industrial user
Material
Supplier
5. CETMA Research activities are compliant
with main trends of new productions
Reduction of energy consumption
Reducing ecological impact
More and more «smart» products
Products increasingly interconnected
6. The role of materials
Reduction of energy consumption
•Materials for more efficient power generation
•Materials for lighter transportations
Reducing ecological impact
•Recycling
•Recycled materials utilizing
•Bio-based materials
More and more «smart» products
•Multifunctional materials
•Processes to integrate electronic
component and materials
Products increasingly interconnected
•Processes to integrate tag and trasponder
CETMA IS VERY INVOLVED IN ALL THESE ACTIVITIES
9. Materials for weight reduction
CETMA is working since 15 years about Composites in
CETMA is working since 15 years about Composites in
order to exploit their potential
order to exploit their potential
10. Gaps to overcome for a fully exploitation of
composites
1. Raw materials cost
2. Lack of knowledge about materials
behavior and predictive methods
3. Cost-effective Manufacturing processes
4. Joining techniques
5. Lack of knowledge about defect
detection
6. Recycling
11. Raw materials cost
All over the world there are initiatives in order to improve production
processes of carbon fiber and there are setting up joint ventures to
increase the production.
Fibre recuperate con processo batch Fibre recuperate con processo continuo
Fig. 4: Materiale recuperato
Another way: recovered fibers
Fibre recuperate con il processo ENEA Materiale vergine
Fig. 5: Micrografia SEM del materiale recuperato in confronto al materiale vergine
ENEA, Karborek and
CETMA are setting-up a
partnership to exploit
recovered carbon fiber
12. Knowledge about composite behavior and
predictive methods
• Composite materials are a product of human
ingenuity and not a natural product.
• Their behavior can not be represented with few
parameters. In addition, the behavior is strongly
influenced by the processes of production
• A correct approach of design and engineering of
composite parts is multidisciplinary
13. Typical design approach for composite materials
The integration of experimental
characterization and numerical
tools is essential to fully exploit
the potential of composites
14.
15. Cost-effective Manufacturing processes
Out of autoclave
technologies
Compression moulding of thermoplastic
composites
Induction welding
Advanced liquid moulding technologies
Other processes
Vacuum bag of out of autoclave prepregs
Sheet moulding compound
Bladder Moulding
19. Joining techniques
One of the limitations of thermoplastic composites is impossible to obtain
complex shapes as for the autoclave.
For these reasons it is of fundamental importance the definition of new
systems of junction with high performance.
CETMA has developed along with Sinergo a new machine for induction
welding of thermoplastics. In this technique an electromagnetic field at
high frequency is used to weld the thermoplastic component by the Joule
effect.
Nuova saldatrice ad induzione
realizzata al CETMA
Principio fisico dell’induction
welding
20. CETMA is one of the few
research centers in the world
capable of performing
continuous induction welding
of thermoplastic composites,
even on complex geometries
Outstanding values of single lap shear
strength were found for carbon-PEEK,
carbon PEI and carbon PPS joinings
21. Composite Defect detection
InfraRed Thermography is a non - contact and non - destructive method, which
provides rapid visual information about the structural integrity of a component
Impact Fault
Honeycomb
CFRP
Delamination
Hybrid GFRP sample with SMA
Void/detachment
CFRP
22. Recycling
A gap to overcome for an
enhanced utilization of composites
concerning recycling issue.
A present trend aims to use more
and more thermoplastics
composites
However some other solutions
concerning utilization of composite
waste for other sector (i.e.
building)
CETMA carries out activities on
recycling processes, technologies
and new applications of recycled
materials
23. Bio-based Composites
Development of new bio-based
composites is a response to the
growing demand for so-called
environmentally friendly materials.
Bio-based composites can have matrix
and/or fiber coming from renewable
resources.
There is an increasing use of bio-based
composites in non-structural part in the
automotive
However, recent developments have
shown that some physical-mechanical
properties of biocomposites are
comparable with lower performance
composites properties (Glass FRP).
Typical Natural fiber
•Flax
•Cellulose
•Jute
•Hemp
•Coconut
•Bamboo
Example of Natural
Resin
•Pine oil
•Castor oil
•Soybean oil
Some applications in Mercedes
25. Smart materials
Cetma is working on processes
to integrate Bragg fiber into
composite materials in order to
detect continously structural
health
26. Conclusions
• Composite materials can contribute to make transportation more
sustainable
• Fully exploitation of potential and advantages of composites
• The full exploitation of the potential benefits of composite materials
requires an approach consisting of multidisciplinary and integrated
competencies
• In Apulia, Cetma has created a center of expertise capable of
addressing all the issues of product development in composite
materials. These skills are further enhanced by the network in
which this center operates as a connection link.
University
& Academy
Equipments
Supplier
Industrial user
Material
Supplier
Editor's Notes
Sul tema dell'innovazione, molti clienti esprimono la seguente idea:
"Abbiamo l'esigenza di innovare, certo!"
"Ma non abbiamo tempo durante il processo di progettazione per esplorare nuovi percorsi o approcci…"
“…e se c'è il tempo, non abbiamo le informazioni giuste in tempo per decidere quale percorso seguire. Di conseguenza, la valutazione del rischio per tali decisioni risulta complicata."
Le nostre attività di ricerca e sviluppo sono coerenti con i trend tecnologici di tutte le nuove produzioni che si possono così sintetizzare:
prodotti più ecocompatibili
prodotti più efficienti energeticamente
prodotti sempre più intelligenti
prodotti sempre più interconnessi
Ogni nostro progetto riguarda almeno uno di questi obiettivi.
E’ evidente che per ognuno di questi obiettivi i materiali e le tecnologie dei materiali giocano un ruolo molto importante. Questo è vero non solo per i primi due obiettivi (su cui si dirà di più in seguito), ma anche per gli altri due dove oltre all’elettronica e all’informatica giocano un ruolo significativo anche le tecnologie dei materiali e non solo nelle fasi di produzione dei componenti e microcomponenti elettronici, ma anche nelle fasi successive di integrazione di questi componenti nei prodotti finali. Vorrei citare, a questo proposito, alcuni esempi che ci hanno visto impegnati come:
l’integrazione di fibre di bragg nei compositi per rilevare in continuo lo stato deformativo-tensionale delle strutture in cui sono inserite (un’applicazione interessante sia per le grandi strutture civili sia per il settore dei trasporti);
l’integrazione di tag e trasponder in materiali, componenti e prodotti che trovano innumerevoli applicazioni in prodotti e processi produttivi e che non mancherà di influenzare sempre tutto il futuro mondo dei trasporti.
Le nostre attività di ricerca e sviluppo sono coerenti con i trend tecnologici di tutte le nuove produzioni che si possono così sintetizzare:
prodotti più ecocompatibili
prodotti più efficienti energeticamente
prodotti sempre più intelligenti
prodotti sempre più interconnessi
Ogni nostro progetto riguarda almeno uno di questi obiettivi.
E’ evidente che per ognuno di questi obiettivi i materiali e le tecnologie dei materiali giocano un ruolo molto importante. Questo è vero non solo per i primi due obiettivi (su cui si dirà di più in seguito), ma anche per gli altri due dove oltre all’elettronica e all’informatica giocano un ruolo significativo anche le tecnologie dei materiali e non solo nelle fasi di produzione dei componenti e microcomponenti elettronici, ma anche nelle fasi successive di integrazione di questi componenti nei prodotti finali. Vorrei citare, a questo proposito, alcuni esempi che ci hanno visto impegnati come:
l’integrazione di fibre di bragg nei compositi per rilevare in continuo lo stato deformativo-tensionale delle strutture in cui sono inserite (un’applicazione interessante sia per le grandi strutture civili sia per il settore dei trasporti);
l’integrazione di tag e trasponder in materiali, componenti e prodotti che trovano innumerevoli applicazioni in prodotti e processi produttivi e che non mancherà di influenzare sempre tutto il futuro mondo dei trasporti.
Una tecnica molto efficace, innovativa e non distruttiva per la determinazione di danneggiamenti o difetti all’interno dei materiali compositi è la termografia a infrarossi. In questa tecnica è applicato un impulso termico al materiale da analizzare: misurando l’evoluzione temporale della temperatura sulla superficie del provino con una termocamera a infrarossi è possibile determinare la presenza di difetti.
L’utilità della termografia a infrarossi è dovuta principalmente a tre caratteristiche esclusive.
Possibilità di eseguire rilevamenti a distanza, senza contatto: si garantisce la completa sicurezza dell’utente e non si altera la misura come con i tradizionali sensori a contatto (termocoppie).
Bidimensionalità: l’immagine termica consente di avere un’eccellente panoramica del componente indagato.
Esecuzione in tempo reale: consente di eseguire scansioni molto rapide di soggetti fermi ed è possibile acquisire soggetti che si muovo ad alta velocità.
Danneggiamenti da impatto, delaminazioni, vuoti/distacchi, infiltrazioni di acqua/umidità sono fra i difetti rilevabili con una indagine termografica.
The RTM process has proven successful for the production of biocomposites linen / resin and cellulose bio / bio resin. The laminates obtained showed flexural properties comparable with those of composite glass fiber and epoxy resin bio. In particular, for equal resin laminates reinforced with cellulose showed flexural properties superior to laminates with glass. From the comparison of biocomposites result is that in the case of the cellulose will have static and dynamic properties higher than measured in the case of the reinforcement in flax.
Ultimately, the results suggest that composites reinforced with natural have the potential to replace traditional glass fibers in marine, civil and automotive industry.
Development of new bio-based composites is a response to the growing demand for so-called environmentally friendly materials.
Polymeric composites reinforced with natural fibers, or Biocomposites, constitute a possible alternative to conventional FRP composites, both for the renewable origin for both the costs, compared to composites made with conventional fibers (carbon, glass, aramide).
Use of biocomposites is limited to non-primary, because of their lower resistance and rigidity compared with the synthetic composite FRP. However, recent developments have shown that some physical-mechanical properties of biocomposites are comparable with those of conventional composites to lower performance, the FRP glass. A number of recent studies have reported the advantages of using natural fibers (flax, cellulose, jute, hemp, coconut and bamboo) and the possibility to obtain high specific properties [2].
From these considerations has kicked off a study, carried out at the Cetma, which has seen the use of the RTM process for the production of laminated biocomposite innovative in using an epoxy resin and a natural reinforcement (flax and cellulose) The mechanical properties in bending and impact of the panels produced in this way were compared with composite panels in glass fiber / epoxy composite and bio-based fiber flax / epoxy standard.
Sfruttano la compatibilità morfologica e chimica delle fibre ottiche con i materiali FRP garantendo:
Funzionalità sia di rinforzo che di monitoraggio
Protezione del sensore durante l’installazione
Maneggevolezza e facilità di installazione
Proprietà delle fibre ottiche:
Possibilità di monitoraggio strutturale a lungo termine (nessuna ricalibrazione)
Trasmissione del segnale a lunga distanza
Insensibilità alle perturbazioni elettromagnetiche
Buona resistenza alla corrosione
Punti di misura multipli con la stessa fibra
Settori di utilizzo:
Nautica, aeronautica/aerospazio, energie rinnovabili, ingegneria civile