UD szalagos alapú alkatrészek rövid ciklus alatt
Folyamattechnika a konszolidációhoz
nagy teljesítményű hőre lágyuló műanyag szál-
alapján (UD szalagok) a
a Fraunhofernél az ICT kifejlesztett-
A tüdő által kiváltott vákuumkonszolidáció (Kép forrása: Fraunhofer ICT)
A sugárzás okozta vákuumkonszolidáció alapján a Fraunhofer ICT a Dieffenbacher rendszergyártóval közösen kifejlesztette a Fibercon ipari rendszert, amely a Fiberforge hőre lágyuló műanyag szalagfektetési technológiát a félkész termékek konszolidációjával egészíti ki. Eddig ezt a gyártási lépést hagyományosan energiaigényes és költségigényes, folyamatos vagy szakaszos préselési folyamatokban hajtották végre, például kettős övprésszel vagy időközönként forró préssel. A Fraunhofer ICT tudósai már 2012-ben azonosították, hogy ez a folyamat szűk keresztmetszetet jelent a hőre lágyuló szalagok folyamatláncában. Teljesen új fejlesztési megközelítésben sugárzás okozta vákuumkonszolidációval készült megoldás jött létre.
Folyamatlánc termoplasztikus szalagfektetéshez
Hőbomlás, amelyet a
Fogyás egy
Poliamid 6 szalagos szövet, ha inert atmoszférában és levegőben különböző technológiai hőmérsékletekre melegítjük. (Kép forrása: Fraunhofer ICT)
Az intézet egyik fő kutatási területe a gazdaságos, könnyű építésű folyamatok fejlesztése. A kialakult folyamatok optimalizálása mellett a teljes folyamatláncokat is megkérdőjelezik, és a kutatás jelenlegi állása alapján újragondolják. A hőre lágyuló szalagfektetés folyamatlánca három különálló lépésből áll, az UD szalagok alapján: szalagfektetés, konszolidáció és a végső komponens folyamat, például a konszolidált szerkezet átformálása és funkcionalizálása hibrid öntés során. A teljes folyamatlánc, amely alkalmas mind a normál, mind a magas hőmérsékletű hőre lágyuló műanyagokhoz, a finfali Fraunhofer Intézetben kapható.
A ciklusidő és a minőség meghatározó
1. táblázat: Az UD szalagok feldolgozásának előnyei az organikus lapokhoz képest (Kép forrása: Fraunhofer ICT)
Első lépésként, a szalagfektetéssel kapcsolatban alapvetően különböző technológiai technológiák vannak a piacon. A nagyüzemi gyártás összefüggésében azonban a fektetési pontosság mellett a ciklusidő is döntő fontosságú. A Fiberforge termoplasztikus szalagfektetési technológiával a Frauhofer ICT rendelkezik a világ leggyorsabb szalagos fektetési rendszerével. Az ezzel a technológiával előállítható, személyre szabott gél-laminátumok (testre szabott nyersanyagok) különféle előnyöket kínálnak a jelenleg használt szövött félkész termékekhez képest. Míg a szálak orientációja a szövés során 0 és 90 ° -ban van rögzítve a lánc és vetülék irányával, az UD szalagok a szalagfektetési módszerrel bármilyen szálirányban a fő terhelési útvonalakhoz igazodhatnak a terhelési útvonalhoz. Ezenkívül a szalagok rétegenként történő elhelyezése nem vezet szál hullámzásához, ami azt jelenti, hogy a félkész termékben lévő rostok teljes mechanikai potenciálja felhasználható. Az egyes UD szalagcsíkok lefektetésével lehetőség van egy közel háló alakú félkész termék létrehozására is, ezáltal minimalizálva az anyagpazarlást és ennek eredményeként az alkatrészköltségeket.
A sugárzás okozta vákuumkonszolidáció
Sematikus folyamat-
sugárzási eljárás-
indukált vákuumkonszolidáció. (Kép forrása: Fraunhofer ICT)
Ezeknek a céloknak megfelelően a kifejlesztett folyamat negatív nyomást alkalmaz a nyomás és az infravörös sugárzás felépítésére fűtésre. Ez azt jelenti, hogy az anyag óvatosan, közvetlenül és gyorsan melegíthető és préselhető védett légkörben. Az általános folyamatfolyamat öt lépésben zajlik. Először a testre szabott blankot helyezzük a szerszám két olyan fele közé, amelyek átlátszóak az IR-sugárzás szempontjából. Ezután a vákuum felépül és fenntartódik az egész folyamaton, egészen az alkatrészek eltávolításáig. Az egyes rétegek között rekedt levegő már kiürült, és nem maradhat légzárként az összevont szövetben. Amikor az anyag olvadt állapotba kerül, a szalaggyártás során beszorult levegő is távozhat, ami azt jelenti, hogy a pórustartalom tovább csökkenthető.
A célhőmérséklet elérése után az anyagot lehűtjük, és az összevont, szabott vakanyag eltávolítható. Lehetőség van a hűtési folyamat korai leállítására annak érdekében, hogy az anyagban megmaradt hőt fel lehessen használni a hibrid fröccsöntés fűtésére. A formafelek speciális bevonatának köszönhetően a legtöbb hőre lágyuló műanyag is megszilárdulhat hatóanyagok nélkül. A rövid ciklusidőn túl ez egyre fontosabb követelmény az összekapcsolás automatizált továbbfeldolgozásához és a hibrid öntésnél a funkcionalizáláshoz.
Példa a gyenge száleloszlásra a kereskedelmi UD szalagban (balra) és az egyes szalagcsíkok rossz impregnálási minőségére a szilárd szövetben (jobbra) (kép forrása: Fraunhofer ICT)
A kifejlesztett eljárás előnyei abban rejlenek, hogy alacsony a beruházás, az alacsony folyamatnyomás miatt csökken a szálkiszorítás és az oxigén nélküli konszolidáció. Kifejezetten erre a célra végeztek vizsgálatokat az intézetben a poliamid-6 alapú szalagrétegek hőbomlására a folyamat hőmérsékletétől függően. Más folyamatoknál időnként magasabb folyamathőmérsékletre van szükség az átadás és a kapcsolódó hűtés kompenzálásához. Mivel a hőveszteség a sugárzás okozta vákuumkonszolidációban minimális a hőszigetelés miatt, a folyamat hőmérséklete csak kissé haladja meg az olvadási hőmérsékletet.
A kifejlesztett folyamat a Dieffenbacherrel együtt nagyüzemi gyártásra alkalmas folyamatban valósítható meg. A rendszer technológia kiküszöböli a folyamatlánc szűk keresztmetszetét a szalagtól a végső hőre lágyuló műszálas kompozit komponensig. A folyamatlánc mostantól közösen használható kutatási és fejlesztési projektekben. A nagyüzemi gyártásra alkalmas rendszertechnológia mellett a Fraunhofer ICT más partnerekkel együttműködve folyamat-specifikus támogatást is kínál az alkatrésztervezéshez és a szimulatív tervezéshez.
A szerzőről
Tobias Link
2015 óta kutatóasszisztens a termoplasztikus feldolgozás termék területén a Fraunhofer Kémiai Technológiai Intézetben (Pfinztal).