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ThinKing - 木、麻和鸡毛--利用自然界中的纤维制造工艺部件

纤维吹塑工艺或FIM(Fiber Injection Molding)使用三个半模来生产一个部件。在材料独立性和工艺工程知识的巧妙结合下,该工艺不仅实现了部件的特别轻量化,而且还实现了成本节约、材料高效、资源和气候友好等目标。该项技术获得了德国巴登符腾堡州轻量化2020年12月的ThinKing创新奖。

 


一目了然:
- 高轻量化潜力:纤维密度在加工过程中可调;
- 材料效率高:平均减少20-30%的材料需求,因此也减轻了重量;
- 成本效率高:材料成本减少约三分之一;
- 材料多样性强:从塑料到再生纤维到天然纤维,几乎所有的纤维或可发泡的填充材料都可以加工;
- 资源效率高:回收成分可达到50%或更高;
- 生产时间短:适合大规模生产。


"制造一个零件需要什么?材料、形状和填充它的方法。"德国Fiber工程公司董事总经理福斯特介绍了开发纤维吹塑系统FIM(纤维注射成型)的初衷。该公司使用各种来源的纤维来生产三维形状的轻量化部件,到目前为止主要应用于汽车行业。乍一看,这些部件类似于成型的纤维垫坯。但是,它们是通过半成品生产的,没有中间步骤。
在纤维吹塑工艺的第一道工序中,在两个半模具之间将纤维鼓起,并用含有纤维的材料均匀地填充这个空腔。然后,第三个半模通过加热在部件中压缩、粘结和成形纤维,这些纤维平均长度约为1至140毫米。采用热固性或热塑性粘合剂,以纤维或粉末形式加入。另外,也可以像RTM工艺一样,用树脂浸润部件。
在这个过程中,可以根据要求,通过密度(即通过纤维体积含量)和第三个半模的压实度来局部调整构件的力学性能。


材料效率节省预算和环境
纤维注射成型(简称FIM)可以实现100%的材料使用。这意味着,可以用最终的轮廓来生产模具零件,因此几乎不需要修边。
"这一点很重要,因为在汽车行业,材料成本往往占到总成本的70%。"福斯特说。他强调了该工艺的成本意识。由于设定了特定的密度和消除了浪费,平均可以节省20-30%的材料成本。组件的重量也明显降低了不少。"以乘用车的安全带罩为例,我们能够实现减重50%,材料成本也降低了50%。"福斯特根据来自汽车行业的一个项目成果介绍说。
FIM组件的力学性能是可变的,可以设计成硬的或软的,并根据材料和密度的不同,适用于例如坚固的支撑部件(车门模块或仪表板)、绝缘或内饰。


座垫产品的可持续更好
对于座垫,纤维吹塑工艺与PUR工艺直接竞争。在这里,轻量化的潜力也是相当大的:无论是飞机、汽车或轨道交通车辆的座椅内饰和靠背,还是婴儿背带,都可以节省高达30%的成本。
因为与发泡部件不同,纤维吹塑工艺也更适合于对二氧化碳排放或污染物含量有严格要求的情况。这对于婴儿车来说很重要,但对于汽车行业来说也是一个加分项。因为使用天然纤维可以减少车辆的二氧化碳排放量,例如用于座椅靠背。
除粘性纤维外,FIM工艺可用于加工多种材料--从碳、玄武岩和塑料到木材、羊毛、麻甚至海藻等天然纤维。
同样,纤维原料也可以含有较高的回收含量。坚固的系统甚至可以使用来自较难处理的剩余材料碎片的回收材料。所以,纤维吹塑工艺也有助于节约资源,减少二氧化碳的排放。此外,组件本身也可以在其寿命结束时进行回收。


用于大规模生产
目前,很多依靠天然纤维或再生材料的项目正在开发中,以满足二氧化碳减排的要求。在美国,前段时间还首次将该工艺用于大规模生产。当时,为大众帕萨特加工了10千克纤维,用于隔板和地板保温。作为一套车辆上的这两个件每90秒同时制作完成。
关于Fiber工程公司
德国Fiber工程公司利用纤维吹塑工艺FIM开发由短纤维制成的3D成型件。该工艺在全球30多个国家获得专利。公司为用户提供PT模具的产品开发,小批量生产的零件生产,中、大批量生产的系列模具和系列机床。
 

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