热塑性包覆热固性：从热塑性到热固性的合作伙伴，为什么是光子学？

仅用2分钟的循环时间，

即在一个生产单元中

实现了无需粘合剂的混合复合材料部件的功能化生产。

 

    热塑性带材的自动化预成型及后续的混合成型——热成型以及将加强肋、夹子和凸台等二次注射成型到部件表面上，被誉为是“复合材料制造在诸如汽车等大批量应用中的未来”。

 

    但是，如果能够将热塑性塑料的韧性和注塑成型特征的功能性与碳纤维增强环氧部件的高性能结合起来呢？

 

    这就是为期3年、于2018年结束的OPTO-Light项目所回答的问题。

 

    该项目作为德国联邦教育和研究部（简称“BMBF”）为大批量生产的轻量化结构而开发光子学（激光等基于光的技术）战略的一部分，得到了BMBF的资助。

 

    该项目被授予亚琛工业大学亚琛综合轻量化结构中心（简称“AZL”），该中心为与8家研究机构合作的公司提供单一园区，来开发轻量化的材料、生产技术和应用。

 

    OPTO-Light项目的明显成就是将高刚性、轻量化和环氧基碳纤维增强塑料（CFRP）的低蠕变性与高设计自由度及热塑性塑料二次成型的短循环时间等优势集于一体，但这只是该项目实现的众多潜在的复合材料行业颠覆性创新之一。

 

其创新还包括：

 

   ◆ 为将热塑性塑料连接到三维热固性表面而开发激光预处理技术；

 

   ◆ 将反应聚合物加工、激光加工和二次成型这三大技术集成到一个循环时间快速的单一生产单元中；

 

   ◆ 水平预浸料模压成型（简称“HPCM”）：将材料垂直粘贴在标准注塑机中进行加工；

 

   ◆ 开发满足预浸料模压成型和热塑性塑料二次成型所有要求的单一旋转模具；

 

   ◆ 开发用于激光预处理临界对准的光学部件参照方法，以及沿自由三维曲面进行二次成型；

 

   ◆ 展示创新工艺：用2min的循环时间，生产宝马i3电动汽车生命模块地板的三维结构部分。

 

    事实上，该项目在2018年4月的最终报告中声称，与目前采用湿法模压成型以及用粘合剂单独粘接夹子嵌件的生产相比，这项技术可以将汽车CFRP部件的成本降低30%。

 

 

 

德国资助了一项长期战略，以继续发展光子学技术，因为该技术在当前全球制造业数字化转型的过程中发挥着重要作用。

 

复合材料行业应该注意到，光子学不仅支持先进加工，如自动化的纤维铺放、热塑性塑料的激光焊接、精密加工及各种3D打印工艺，还为计量、过程监控和在线检测而启用传感器和视觉通信。

 

在OPTO-Light项目中，一种近红外（简称“NIR”）激光被用于对二次成型的表面进行预处理。此外，各种激光传感器还为过程控制和在线质量保证（QA）提供数据。

 

OPTO-Light项目的最后4个合作伙伴是德国的光子系统供应商：

 

◆ Arges（德国Wackersdorf）是一家激光加工用3D扫描仪的专业公司，该公司通常开发创新的激光扫描系统、工业材料加工和医疗应用中的定位和偏转激光束，现在，又开发了一种用于烧蚀和加热的Arges双光束单元；

 

◆ Precitec（德国Gaggenau）提供用于测量距离（在整个过程中的烧蚀和部件参照期间使用）的干涉传感器；

 

◆ Sensortherm（德国Sulzbach）提供有助于过程控制的高温计（温度传感器）；

 

◆ 卡尔蔡司光学技术公司（之前的Steinbichler，德国Neubeuern）为质量保证提供T扫描用的激光扫描仪。“它测量部件的几何形状并检测潜在的变形。”Schares解释道，“它会显示缺陷，如二次成型的肋未完全粘接到CFRP壳体上。”

 

所有这些系统都被集成到多功能的激光扫描仪中，它被安装到六轴库卡（德国Augsburg）机器人手臂的末端。