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恩格尔热塑性复合材料大批量生产技术取得新的里程碑
文章来源:PT现代塑料 2018-10-10 阅读:185

在大批量低成本生产热塑性复合材料的发展道路上,恩格尔取得了两大新的里程碑;恩格尔的 organomelt 工艺,首次在世界上被用于大批量地生产集成了空气导管的前端支架。为加工UD带,恩格尔还在扩展其采用一台固结压机的生产系统的范围;2018年11月6~8日,在德国斯图加特举行的Composites Europe 2018展会中,恩格尔(展位:9-B25)将展示其里程碑式的重大进展。

全自动的一次注射工艺

采用恩格尔organomelt工艺,对热塑性连续纤维增强半成品如热塑性织物或UD带的加工和功能化,将是恩格尔在今年展会的一个展出重点。这一世界上第一个大批量的应用已在美国启动,Valeo Front End Modules为位于美国田纳西州Smyrna的一家德国知名OEM生产集成有空气导管的前端支架。

今年7月,该结构部件凭借基于有机片材的创新生产及其卓越性能而获得了美国塑料工程师学会(SPE)颁发的一项汽车大奖。这些部件显露出非常高的有机片材成分,从而显著减轻了重量并提高了冲击性能,此外,还能够采用一种双壳结构将空气导管直接集成到支架中。由恩格尔提供的这种全自动化的大批量生产系统解决方案包括:

✦ 一台锁模力17000 kN的duo 1700注塑机;

✦ 3台easix关节机器人,用于对多个金属嵌件的制备以及对有机片材的操作;

✦ 一台 viper 90线性机械手;

✦ 一个规格 5的红外加热炉。

恩格尔作为一站式供应商提供该生产单元的所有组成部分,并将它们组成一个系统的解决方案。

在一次注射加工中,两个半壳在同一副模具中被同时生产出来。为此,两个有机片材同时在红外加热炉中加热,然后被埋入模具中,从而在同一副模具中通过注塑成型工艺成型并直接功能化。由Bond Laminates提供的Tepex dynalite有机片材是用聚丙烯基体树脂浸渍的玻璃纤维,玻璃纤维增强的聚丙烯材料还被用于包覆成型。通常,只有一致的热塑性塑料方法,才有可能集成这种成型工艺并实现功能化,以及采用粘接的方式整合这种支架结构和功能元件。“全自动化的一次注射工艺,为满足汽车行业所需的低单位成本要求而作出了重大贡献。”位于奥地利Schwertberg恩格尔总部的复合材料技术业务开发经理Christian Wolfsberger强调道。其他的好处是:对热塑性聚合物的专业化应用,使得开发“令部件在使用寿命结束后返回到材料循环中”的回收策略变得更加简单。

用于UD带的新的固结压机

恩格尔organomelt 技术既适用于有机片材,也适用于采用热塑性基体树脂浸渍的单向(UD)玻璃纤维和(或)碳纤维增强带材,这些带材使得设计符合要求的半成品成为可能,并因此而能够更好地利用部件的轻量化设计潜力。既可以仅用几片带材对这些部件进行局部增强,也可以采用几毫米厚的带叠层生产出这些部件。为实现大批量生产的成本效益,这些叠层必须在注塑成型的循环过程中得到在线制备和固结。

作为系统供应商,恩格尔单独一家公司就能为从单独的带材到功能化的整个注塑成型过程提供集成的完全自动化的解决方案。两个用于生产坯料的系统,即一个采用光学图像处理的拾取-摆放带材铺叠单元和一台固结压机,将首次在Composites Europe展会中展出。“凭借这项新的开发,我们在注塑成型循环中成功地完成了对纤维增强热塑性带材叠层的固结。”恩格尔轻量化复合材料技术中心负责人 Norbert Müller博士说道,“固结压机能够被无缝地集成到整个工艺流程中,这显著提高了订制带材解决方案的生产效率。”

恩格尔与其合作伙伴Fill 公司(奥地利Gurten)共同开发的固结压机可用于固结拥有成熟纤维取向和不同壁厚的纤维叠层,所有的工艺步骤都是自动化的。该固结过程包括:将纤维叠层放入模具中、将闭合的模具送到热压机上、加热、将模具送到冷压机上、固结、冷却以及再送回初始工作站,在此,打开模具,取出固结好的半成品(坯料),同时放入一个新的纤维叠层以重新开始这一循环。

采用高分辨率摄像技术的带材铺叠单元

带材铺叠单元由恩格尔开发。同样,为获得最短的循环时间,它采用了拾取-摆放的原理,这意味着可以在3s的时间间隔内完成带材的铺放和叠层的点焊。由于叠层的质量在很大程度上取决于带材的定位精度,因此恩格尔为铺叠单元配备了一种含高分辨率摄像技术的测量系统。该测量系统提供用于在铺放过程中进行主动干预的数据,以此保证最大的铺放精度。采用光学图像处理的拾取-摆放铺叠技术提供了高度的使用灵活性,带材可以拥有几乎任意的宽度和轮廓。由于在铺叠过程中叠层获得了部件所需的形状,因此固结后即可在注塑成型步骤中得到成型和功能化,而无需中间的修整过程。恩格尔已用这种解决方案来制造其自己的产品,e-pic机器人的旋转臂就由碳纤维增强带制成。

所有面向未来的技术一目了然

面向对价格非常敏感的汽车行业,凭借在注塑机制造和生产过程自动化方面几十年的经验积累,恩格尔为开发用于生产创新轻量化复合材料的高效生产工艺而具备了关键的成功因素。自2012年以来,恩格尔就开始在其轻量化复合材料技术中心,整合其自身的轻量化专业知识与其他公司、大学和研究机构的技术经验。一个跨学科的开发团队在此着眼于所有面向未来的复合材料技术,除了纤维增强热塑性半成品的加工技术外,还包括HP-RTM、SMC和诸如原位聚合(T-RTM)之类的反应工艺。

在Composites Europe展会中,恩格尔的轻量化结构专家将展示广泛的技术可能性并介绍当前的开发项目。

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