Проект ComMUnion ЕС: Инновационное дешевое производство гибридных металло-полимерных композитов для легкого транспорта

В последние годы резко вырос спрос на более легкие компоненты для применения в подвижности и транспорте в связи с необходимостью снижения веса, а следовательно, энергопотребления и расхода ресурсов.

Гибридные компоненты из стали, локально функционализированные с помощью волокнисто-усиленных пластиков, сочетают высокую механическую прочность с малым весом. Спрос на производственные процессы, обеспечивающие экономически эффективное массовое производство таких конструкций, быстро растет. В рамках исследовательского проекта ЕС «ComMUnion» два института Fraunhofer, расположенные в Ахене (Германия) — Институт производственных технологий (IPT) и Институт лазерных технологий (ILT) — сотрудничают с 14 партнерами из промышленности, науки и академической среды для разработки промышленных процессов и решений по гибридному легкому дизайну путем комбинирования металлов и полимерно-матричных композитов для автомобилестроения и авиации.

Новый гибридный производственный процесс

Новый процесс основан на сочетании лазерной текстуризации и лазерно-ассистированной укладки ленты. Компоненты сначала предварительно обрабатываются лазером для создания специально разработанной, точно определенной шероховатой поверхности. Текстурированная поверхность позволяет непрерывно-волокнистым термопластичным легким материалам, которые позже будут использоваться для жесткости, непосредственно приклеиваться к стальному компоненту. Связь получается механической, что исключает необходимость дополнительных предварительных операций или адгезйонов (клеев, связующих веществ).

Жесткостные элементы изготавливаются из волокнисто-усиленных термопластов, специально адаптированных к ожидаемым нагрузкам, и присоединяются к компоненту процессом укладки ленты. Лазер локально нагревает термопластичные ленты в зоне соединения со сталью до температуры плавления матричного материала, который затекает в лазерно-текстурированные полости. После затвердевания расплава лента со встроенными однонаправленными волокнами прилипает к зашорстневшей поверхности стальной детали.

Комбинированный процесс, пригодный для массового производства

Преимущество сочетания этих двух лазерных процессов проявляется именно тогда, когда механические свойства компонента необходимо улучшить локально без значительного увеличения его веса. Процесс особенно подходит для массового производства, так как после укладки ленты не требуются дополнительные этапы пост-обработки, такие как отверждение, для консолидации материала. Кроме того, точечный локальный нагрев снижает деформации и остаточные напряжения при соединении двух материалов. Лазерная текстуризация, разработанная в Fraunhofer ILT, также может применяться воспроизводимым образом на металлической поверхности именно в тех местах, где нужны текстуры. Дополнительно лазер не подвержен износу инструмента.

Первый гибридный кузовной элемент уже готов как демонстрационный компонент

Исследовательские партнеры изготовили первый демонстрационный компонент из высокопрочной стали и однонаправленной волокнисто-усиленной термопластичной ленты для подтверждения применимости процесса в виде доказательства концепции: два исследователя Fraunhofer — Кира ван дер Страэтен из Fraunhofer ILT и Тидо Петерс из Fraunhofer IPT — изготовили гибридный легкий порог кузова (rocker panel), корпусный компонент для автопромышленности, чтобы протестировать и доказать функциональность комбинации процессов в рамках проекта ComMUnion.

Партнеры проекта представили компонент профессиональным посетителям на выставке легкого строительства JEC World с 12 по 14 марта 2019 года в Париже на площадке «Composites in Action Area», организованной AZL.

Проект «ComMUnion» финансируется Программой исследований и инноваций «Горизонт 2020» Европейского Союза по Грантовому соглашению № 680567.

Фрагмент гибридного автомобильного порога кузова, локально функционализированный с помощью лазерно-ассистированной укладки ленты. Источник: ComMUnion Fraunhofer IPT

Европейские партнеры исследовательского проекта ComMUnion

• Aciturri Engineering SL, Испания
• AFPT GmbH, Германия
• Aimen Technology Centre, Испания (координатор)
• Autotech Engineering, AIE, часть группы Gestamp, Испания
• CASP S.A., Греция
• ESI Group, Франция
• Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, Германия
• Fraunhofer Institute for Production Technology IPT, Германия
• Laboratory for Manufacturing Systems and Automation (LMS) — Университет Патры, Греция
• Lunovu GmbH, Германия
• Missler Software, Франция
• Motofil Robotics, S.A., Португалия
• New Infrared Technologies SL, Испания
• Philips Photonics GmbH, Германия
• Tecnatom S.A., Испания
• Universidade de Coimbra, Португалия

Для получения дополнительной информации обращайтесь:

kira.van.der.straeten@ilt.fraunhofer.de или malena.schulz@ipt.fraunhofer.de

Эта публикация предоставлена благодаря медиа-партнерству CompositesWorld и AZL Aachen GmbH.