ENLIGHTEN——Enabling Integrated Lightweight Structures In High Volumes（大批量啟用集成輕量級結構） 的目標是找到一種使用這種材料以可預測，可復制且經濟高效的方式生產可靠的整體結構的方法。這項耗資600萬歐元、為期5年的項目將由特文特大學（UT，荷蘭特溫特）和UT、熱塑性復合材料研究中心（TPRC，荷蘭特溫特）科學家Remko Akkerman博士共同發起。作為荷蘭觀測計劃的一部分，熱塑性復合材料研究中心（TPRC）對科學家提出了挑戰，要求他們建立能夠產生真正的經濟和社會影響的創新性新研究領域。由荷蘭研究委員會（NWO）和經濟事務與氣候部共同建立的六個觀測聯盟正在荷蘭成立，有138家公司和組織自籌資金1000萬歐元，以匹配荷蘭政府提供的2200萬歐元預算。

　　開發多尺度細節

　　CW雜志與Akkerman進行了訪談，以更好地了解ENLIGHTEN的真正含義。“ CompositesWorld（《復材》雜志）的讀者對TPRC所做的工作非常熟悉，我們專注于快速熱塑性加工，包括焊接、包覆成型以及二次利用，” Akkerman說。“我們發表了許多研究材料，工藝和性能的結果。但是這些工藝如何影響復合材料中纖維基質的分布和孔隙率？反過來它又如何影響零件的機械性能？這些過程如何影響工作狀態中裂紋的萌生和增長？為了使熱塑性復合材料走向成熟以用于更廣泛的工業用途，我們需要對這些有更好的理解。”

　　這就是為什么ENLIGHTEN是一個如此龐大的計劃的原因，它涉及了聚合物、復合材料微觀力學、多尺度數字建模以及數字數據科學領域的專家。“我們的目標是發展知識，然后將其用于優化這些熱塑性復合材料工藝以實現佳性能，” Akkerman說。“我們還將整合工藝過程監控（因為材料質量取決于個人控制工藝的能力）和機器學習，以加快這種優化。”

　　ENLIGHTEN聯盟包括22個合作伙伴，涵蓋了汽車和航空航天供應鏈。

　　ENLIGHTEN計劃涵蓋了荷蘭所有的三所技術大學（特文特大學，代爾夫特理工大學和埃因霍芬理工大學），以及整個汽車和航空航天供應鏈中的公司，包括OEM、一級供應商和中小型企業。荷蘭境外的組織也參與其中，包括參與英國CATAPULT（彈射中心）項目的的華威大學WMG高價值制造中心以及汽車制造商塔塔汽車公司（Tata Motors，印度孟買）旗下子公司捷豹路虎（Jaguar Land Rover）。

　　該顯微照片顯示了纖維在連續纖維增強的毛坯和短纖維增強的注塑成型件之間的熔合線上方的某些遷移。這如何影響零件的強度和性能是ENLIGHTEN要解答的眾多問題中的一個。

　　“我們將研究的工藝包括感應焊接，超聲波焊接以及二次成型，后者還具有焊接界面，每種界面涉及相同的物理現象，但速率不同，” Akkerman指出。“因此，關于纖維運動、應力和裂紋萌生的所有相同現象也適用于此。” 但是，難道焊接的熱塑性復合材料結構已經在商用飛機上應用了30多年了嗎？他指出：“是的，但是這些結構都沒有使用感應焊接或超聲波焊接與單向預浸帶，這很難理解和控制，但是如果我們能夠完全預測過程，則生產起來也更具有經濟效率。”

　　多尺度建模和物理測試將在ENLIGHTEN項目中發揮關鍵作用。“如果不研究復合材料的制造工藝，就不可能理解復合材料，” Akkerman說。“通過數字建模，我們可以提出假設，然后并排進行實驗以驗證我們的結果并加深我們的理解。例如，這包括在微觀層面上觀察晶體結構的形成，在中觀層面上觀察纖維在焊接過程中如何運動以及在宏觀層面觀察這些現象如何相互作用以影響應力，微裂紋和結構的終載荷的發展。我在我們的行業中尚未見過這種非常深入卻又綜合的調查水平。”

　　但是機器學習在哪里發揮作用？“工作包1和2中的每個分析元素都需要數小時才能運行，” Akkerman說，“并且必須針對每種特定的材料、零件和過程重復進行分析。如果要在所有這些比例和模型上實現優化，將需要數千小時。但是，當我們這樣做時，我們將積累有關所有這些現象如何相互關聯的數據。然后，我們可以訓練神經網絡，以完全符合底層物理原理來識別此數據中的連接。”

　　他解釋了一下下面顯示的工作范圍，“從左到右，從上到下都有聯系?；谒羞@些分析，我們的目標是開發可以以更通用、更靈活的方式使用的算法，而不必每次都從頭開始。換句話說，這些算法可以應用于給定的零件，從而幫助您優化工藝參數和材料選擇?？梢詫C器學習視為具有許多變量的曲線擬合類型。” 他承認這并不是一個完美的類比，但結果實際上是相似的，因為曲線（在這種情況下更像是多維超曲面）將顯示出指明前進方向的相關性和因果關系。

　　材料、傳播和終目標

　　后確定要研究的材料是ENLIGHTEN項目的要任務之一。“有可能的聚酰胺6（PA6，尼龍）將被研究用于汽車和低熔點聚芳醚酮（LM-PAEK）航空航天，”Akkerman說。“我們將評估其他材料，并查看所有可用數據。”例如，這可能包括其他項目產生的數據，例如Clean Sky 2（潔凈天空2）中的MECATESTERS，它使用碳纖維增強的LM PAEK UD帶進行了大量測試。同時，Clean Sky 2 STUNNING程序將組裝多功能機身演示器（MFFD）的下半部分，從而產生大量有關超聲焊接的數據。Akkerman指出了在TPRC進行的COMPeTE項目，該項目研究了許多不同材料組合的二次成型。

　　關于項目成果的傳播，ENLIGHTEN聯盟將每年召開一次大會，每個工作包中的小組將根據需要開會，以實現既定的里程碑。在項目進行期間，將在和國際會議上進行個人介紹，并在項目的后一年組織一次專門的會議或完整的國際會議，以分享總體結果。

　　Akkerman說，終的目標是，例如通過航空發動機中單晶金屬的材料設計方法，使熱塑性復合材料達到金屬行業所擁有的水平。“他們的目標是獲得對飛機的未來必不可少的性能。我們看到，在更大范圍的流動性方面也有同樣的任務。我們正在嘗試設計焊接和二次成型工藝，以優化用于航空航天和汽車結構的輕質熱塑性復合材料的性能，但是我們仍然有很多可變性。其結果是安全系數過高，效率低于實際提供的技術。是的，我們有熱塑性復合材料零件應用在飛機上，但花了30年才走到今天這一步。歐洲設定了到2050年實現碳中和的目標，即不到30年。如果我們繼續走同樣的道路，仍然要經歷很多試驗和錯誤，那么我們將無法實現應對氣候變化所必需的目標。我們通過ENLIGHTEN看到了一條更有效的途徑，現在是該采取行動的時候了。”

作者：GINGER GARDINER，CW雜志高級編輯