一種行業領先的集成成型單元，

 

僅用2分鐘的循環時間，

 

即在一個生產單元中

 

實現了無需粘合劑的混合復合材料部件的功能化生產。

 

    最初的想法是采用C-RTM制造環氧CFRP 部件，C-RTM是由亞琛工業大學塑料加工研究院（簡稱“IKV”）開發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無卷曲織物（簡稱“NCF”）的液態成型，據說這使切割廢料減少了30%。

    快速固化液態環氧樹脂也被擴展成預浸材料，使得模壓成型以1～2min的潛在循環時間而極具吸引力。

    針對示范件的外殼，評估了4種單向預浸料。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，采用自動化的預成型設備，如Broetje-Automation公司的STAXX帶材鋪放單元，將預浸絲束和預浸帶轉變成凈形狀的二維訂制坯料（圖片來自亞琛工業大學AZL）

然后對訂制坯料進行預成型，以為鋪放到OPTO-Light成型單元中作好準備（圖片來自亞琛工業大學AZL）

 

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

    一臺克勞斯瑪菲的CXW-200-380/180 SpinForm注塑機被選作OPTO-Light制造單元的基礎設備并被安裝在AZL。該機采用專門開發的水平轉模板技術，使得多組分注塑成型得以實現。

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

    “以前沒有人發明過這樣的模具。”Schares介紹說。

    寶馬和克勞斯瑪菲花費了數周時間，最終落實了兩項工藝的所有要求，包括：基于不同溫區的公差、轉動精度和對熱固性樹脂的密封，以及注塑成型模具的標準細節。

步驟一：將碳纖維/環氧預浸帶預成型件放入OPTO-Light成型單元中

 

步驟二：預成型件在水平預浸料的模壓成型中被固化成一個CFRP的殼體

 

步驟三：固化的殼體在水平轉模板上旋轉，多功能激光掃描儀實施部件參照

 

步驟四：在為二次成型作準備時，激光燒蝕去除最上面10µm厚的環氧樹脂層
 

 

步驟五：預處理的殼體在水平轉模板上旋轉，以采用短玻纖增強PA6配混料對其進行背部注射成型
 

 

步驟六：最終的部件特征是，沿激光預處理的路徑進行精確的二次成型

激光燒蝕和部件參照

    由模壓成型工藝生產的環氧CFRP殼體必須在熱塑性二次成型前得到預處理，以確保在不同的材料之間實現足夠的連接強度。

    與機械或化學預處理相比，激光燒蝕提供了環境友好的一步法工藝，能實現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厚的環氧樹脂層來露出碳纖維。這清潔了表面并產生了微結構，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射波長為1.064nm的激光束。

    “你需要高強度，脈沖能最有效地實現這一點。”Schares解釋道，“我們嘗試了連續波激光，但它卻將過多的熱應力引入到連接區下方的復合材料層壓板中，從而降低了纖維-環氧樹脂之間的粘接性。所以，尋找一種適合工藝的束源，以便在工業環境中用于遠程加工，這并不容易。”

    由于二次成型的肋必須匹配到預處理的區域，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復合材料的后續放置，則由模具工裝嚴格定義。這樣，一種必要的部件參照方法就被AZL開發出來。

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

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

    該系統的確證明了其能力——試驗結果表明，二次成型的GF/PA6與環氧CFRP基材之間的剪切強度是27MPa。