一種行業(yè)領(lǐng)先的集成成型單元，

 

僅用2分鐘的循環(huán)時(shí)間，

 

即在一個(gè)生產(chǎn)單元中

 

實(shí)現(xiàn)了無需粘合劑的混合復(fù)合材料部件的功能化生產(chǎn)。

 

    最初的想法是采用C-RTM制造環(huán)氧CFRP 部件，C-RTM是由亞琛工業(yè)大學(xué)塑料加工研究院（簡稱“IKV”）開發(fā)的一種高壓樹脂傳遞模塑成型（HP-RTM）工藝，也稱為“間隙浸漬”。

    然而，在此期間，基于帶材的自動化工藝開始挑戰(zhàn)無卷曲織物（簡稱“NCF”）的液態(tài)成型，據(jù)說這使切割廢料減少了30%。

    快速固化液態(tài)環(huán)氧樹脂也被擴(kuò)展成預(yù)浸材料，使得模壓成型以1～2min的潛在循環(huán)時(shí)間而極具吸引力。

    針對示范件的外殼，評估了4種單向預(yù)浸料。利用Broetje-Automation公司（德國Rastede）的STAXX帶材鋪放單元，這些材料被轉(zhuǎn)變成凈形狀的二維訂制坯料。

在被放入OPTO-Light成型單元之前，采用自動化的預(yù)成型設(shè)備，如Broetje-Automation公司的STAXX帶材鋪放單元，將預(yù)浸絲束和預(yù)浸帶轉(zhuǎn)變成凈形狀的二維訂制坯料（圖片來自亞琛工業(yè)大學(xué)AZL）

然后對訂制坯料進(jìn)行預(yù)成型，以為鋪放到OPTO-Light成型單元中作好準(zhǔn)備（圖片來自亞琛工業(yè)大學(xué)AZL）

 

     之后，采用朗盛（德國科隆）的30%短玻纖增強(qiáng)聚酰胺6（GF/PA6）Durethan BKV 30 H2.0 901510材料，對成型好的CFRP殼體進(jìn)行二次成型。

    一臺克勞斯瑪菲的CXW-200-380/180 SpinForm注塑機(jī)被選作OPTO-Light制造單元的基礎(chǔ)設(shè)備并被安裝在AZL。該機(jī)采用專門開發(fā)的水平轉(zhuǎn)模板技術(shù)，使得多組分注塑成型得以實(shí)現(xiàn)。

    安裝在水平轉(zhuǎn)模板上的模具擁有兩個(gè)不同的成型型腔，用于兩種不同的成型工藝，即環(huán)氧預(yù)浸料的模壓成型和熱塑性塑料的二次注射成型。

    “以前沒有人發(fā)明過這樣的模具。”Schares介紹說。

    寶馬和克勞斯瑪菲花費(fèi)了數(shù)周時(shí)間，最終落實(shí)了兩項(xiàng)工藝的所有要求，包括：基于不同溫區(qū)的公差、轉(zhuǎn)動精度和對熱固性樹脂的密封，以及注塑成型模具的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)。

步驟一：將碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸帶預(yù)成型件放入OPTO-Light成型單元中

 

步驟二：預(yù)成型件在水平預(yù)浸料的模壓成型中被固化成一個(gè)CFRP的殼體

 

步驟三：固化的殼體在水平轉(zhuǎn)模板上旋轉(zhuǎn)，多功能激光掃描儀實(shí)施部件參照

 

步驟四：在為二次成型作準(zhǔn)備時(shí)，激光燒蝕去除最上面10µm厚的環(huán)氧樹脂層
 

 

步驟五：預(yù)處理的殼體在水平轉(zhuǎn)模板上旋轉(zhuǎn)，以采用短玻纖增強(qiáng)PA6配混料對其進(jìn)行背部注射成型
 

 

步驟六：最終的部件特征是，沿激光預(yù)處理的路徑進(jìn)行精確的二次成型

激光燒蝕和部件參照

    由模壓成型工藝生產(chǎn)的環(huán)氧CFRP殼體必須在熱塑性二次成型前得到預(yù)處理，以確保在不同的材料之間實(shí)現(xiàn)足夠的連接強(qiáng)度。

    與機(jī)械或化學(xué)預(yù)處理相比，激光燒蝕提供了環(huán)境友好的一步法工藝，能實(shí)現(xiàn)精確的燒蝕深度和路徑，非常適合沿三維表面將肋連接到部件上。

    這種燒蝕方法需要局部去除最上面的10µm厚的環(huán)氧樹脂層來露出碳纖維。這清潔了表面并產(chǎn)生了微結(jié)構(gòu)，從而允許二次成型的配混料能夠潤濕和滲透暴露的纖維。

 

多功能激光掃描儀以納秒脈沖發(fā)射波長為1.064nm的激光束。

    “你需要高強(qiáng)度，脈沖能最有效地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。”Schares解釋道，“我們嘗試了連續(xù)波激光，但它卻將過多的熱應(yīng)力引入到連接區(qū)下方的復(fù)合材料層壓板中，從而降低了纖維-環(huán)氧樹脂之間的粘接性。所以，尋找一種適合工藝的束源，以便在工業(yè)環(huán)境中用于遠(yuǎn)程加工，這并不容易。”

    由于二次成型的肋必須匹配到預(yù)處理的區(qū)域，因此要求這種燒蝕工藝具有高定位精度。

    二次成型的玻璃纖維PA6復(fù)合材料的后續(xù)放置，則由模具工裝嚴(yán)格定義。這樣，一種必要的部件參照方法就被AZL開發(fā)出來。

    “預(yù)處理的形狀與二次成型配混料之間的偏移應(yīng)小于300µm。因此，激光掃描場中心點(diǎn)（工具中心點(diǎn)）的精度必須處在相對于基準(zhǔn)點(diǎn)150µm的范圍內(nèi)。這一點(diǎn)得到了實(shí)現(xiàn)，而且激光預(yù)處理的周期不到2min。

    “非常重要的是，弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究所（簡稱“IPT”）為機(jī)器人和激光束的路徑產(chǎn)生所作的前期開發(fā)工作，這不是小事。”Schares表示。

    該系統(tǒng)的確證明了其能力——試驗(yàn)結(jié)果表明，二次成型的GF/PA6與環(huán)氧CFRP基材之間的剪切強(qiáng)度是27MPa。