過去,長纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料(LFTs)主要被用于飛機(jī)制造業(yè),用于生產(chǎn)諸如窗框和座椅的組件。
在汽車行業(yè)中,這些材料已被用于諸如車底護(hù)板和覆蓋件等部件。
然而,到目前為止,LFTs尚沒有在汽車行業(yè)的承載結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用,因?yàn)橄啾绕渌牧?,它們的力學(xué)性能不足。
粗紗:用于增強(qiáng)熱塑性塑料的連續(xù)玻璃纖維絲束
因此,需要通過適當(dāng)?shù)牟牧辖M合而做出改變。
與傳統(tǒng)的碳纖維增強(qiáng)應(yīng)用相比,這種材料的組合還帶來了可觀的成本效益。
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纖維帶提高部件的穩(wěn)定性
按照承載曲線的要求,由碳纖維或玻璃纖維制成的單向纖維帶,可被用于車身部件的特定位置,從而以增強(qiáng)材料的方式與熱塑性塑料相結(jié)合,以達(dá)到提高部件結(jié)構(gòu)剛性的目的。
采用Fiberforge帶材鋪層技術(shù),將纖維帶放入生產(chǎn)設(shè)備中,與LFT塊料壓制在一起,從而可在單一的加工步驟中成型出部件。
采用連續(xù)纖維增強(qiáng)帶制成的部件
該帶材鋪層系統(tǒng)的運(yùn)行完全自動化,可以生產(chǎn)出訂制設(shè)計(jì)的疊層。
Fiberforge 4.0,世界**快的連續(xù)纖維帶材鋪設(shè)系統(tǒng)
該系統(tǒng)是基于一個工作臺,該工作臺能夠在其自己的平面上按任何方向移動,比如轉(zhuǎn)動以及沿X、Y方向移動。
利用機(jī)械手鋪層手臂,可以一層一層地將單獨(dú)的層構(gòu)建起來。
該機(jī)器是從卷料開始打開帶材,將其切割成特定的長度,并放到工作臺上的指定位置。
在此加工過程中,機(jī)器在工作臺上移動,確保疊層滿足將要生產(chǎn)的相關(guān)部件對纖維取向、結(jié)構(gòu)和厚度等方面的要求。
隨著帶材的鋪放完成,在一些設(shè)計(jì)點(diǎn)上由超聲波將疊層焊接在一起,以確保機(jī)械手能夠從鋪層工作臺上拾起完成好的疊層,而不會擾亂它們。
每次焊接過程只有幾秒鐘,這意味著幾乎是在鋪層完成后的立即操作。因此,對于后續(xù)的加工而言,疊層是穩(wěn)定的。
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循環(huán)時間不到30s
然后,將疊層加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋湃牍探Y(jié)壓機(jī)中壓制,并密封焊接平面以形成一個層壓板。
由此而獲得的半成品,即所謂的“訂制坯”,在經(jīng)過特定的冷卻時間后即被生產(chǎn)出來。
接著,采用一種紅外加熱裝置,將其重新加熱到成型工藝溫度,放入成型模具中,由其自身,或者與加熱的LFT-D塊料一起,被成型出**終的部件。
整個成型過程可以在30s或不到30s的循環(huán)時間內(nèi)完成。
這套系統(tǒng)技術(shù)為部件成型提供了高度的靈活性,僅用單獨(dú)一臺機(jī)器,就可以加工幾種不同的材料組合:
★?純LFT-D部件;
★?完全由纖維帶制成的部件;
★?在特定位置采用長纖維增強(qiáng)材料的LFT-D部件;
★?在更大的范圍上采用纖維帶增強(qiáng)的LFT-D部件;
★?由LFT局部功能化的LFT-D部件。
通過這項(xiàng)工藝,還可以在同一部件中實(shí)現(xiàn)不同的材料厚度。
帶鋪層工藝
連續(xù)纖維增強(qiáng)帶
用于鋪層工藝的帶卷被放入料盒中。這些帶以很快的速度被拉下鋪放到工作臺上,通過工作臺的轉(zhuǎn)動而得到排列,然后由超聲波焊接頭對其進(jìn)行局部固定。
訂制坯
預(yù)熱后,織物在固結(jié)壓機(jī)中被壓制到所謂的“訂制坯”上面。
三維成型——采用連續(xù)纖維增強(qiáng)帶制成的部件
通過紅外加熱,訂制坯被加熱到工藝溫度,然后被放入模具中,成型出預(yù)成型件。
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為汽車行業(yè)而持續(xù)開發(fā)
長纖維熱塑性塑料的生產(chǎn)
德國弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究院與迪芬巴赫之間的協(xié)同努力,旨在使這種方法適合于汽車行業(yè)的大批量生產(chǎn)。
其他的目標(biāo)包括:實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率,以達(dá)到每年大約100萬個部件的水平,以及實(shí)現(xiàn)高度的自動化。
采用Fiberforge帶材鋪層技術(shù),部件可以被鋪放成**的輪廓,與其他機(jī)械手系統(tǒng)相比,其速度更快。
此外,符合**終輪廓而得到**鋪層的部件,還減少了從昂貴的碳纖維增強(qiáng)材料上產(chǎn)生的邊角料,從而在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了材料的有效利用,**終節(jié)省了成本。
不僅如此,所使用的熱塑性帶材還可以回收利用。
但是,將所用材料的可回收數(shù)量保持在低水平,對于確保生產(chǎn)在資源利用方面同時具有成本效益和效率是至關(guān)重要的。
因此,來自半成品材料行業(yè)的合作伙伴也參與到此項(xiàng)目中,以幫助定義*的寬度和材料的混合。
除了專注于提高加工速度以及**程度地減少在部件成型時所產(chǎn)生的廢料外,開發(fā)合作伙伴們還一直致力于優(yōu)化系統(tǒng)所使用的方法,以及增強(qiáng)部件的形狀并開發(fā)更多的部件。
即使循環(huán)時間變得越來越短,但符合要求的復(fù)雜形狀依然可以實(shí)現(xiàn)。
同時重要的是,需要確定在相關(guān)行業(yè)中哪些類型的部件是受歡迎的。
利用所想到的特定部件和材料,弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究院承擔(dān)了調(diào)查機(jī)器邊界條件的任務(wù),而迪芬巴赫負(fù)責(zé)將這些條件落實(shí)到有效的生產(chǎn)過程中。
在汽車行業(yè)中,纖維復(fù)合材料是為數(shù)不多的“只有在本身的加工過程中才能變成一種實(shí)際的材料并在**終的部件中才能定義其屬性”的材料之一。這就是為什么加工工藝與材料之間的密切關(guān)系在這種情況下對于進(jìn)一步的開發(fā)是如此重要。
就Fiberforge帶材鋪層技術(shù)而言,生產(chǎn)“準(zhǔn)備量產(chǎn)的全功能形式的特定范圍的部件”被認(rèn)為是正常的。
目前,在此方面的發(fā)展?jié)摿υ谟谶M(jìn)一步增加數(shù)量,并從空間維度上塑造部件。
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