功能集成已存在很长时间了。多组分技术就是一个例子，在注塑行业具有悠久的历史。金属与塑料部件叠合组装，或软塑料在结构件上作为密封件，以及通过复合注塑纤维复合材料形成增强结构件，都可归类为功能集成。

功能集成涉及到模具、工艺技术，以及新材料和自动化，要在注塑模具中将不同材料制成的部件组合到一起。因此，功能集成的范围很宽。威猛巴顿菲尔(Wittmann Battenfeld)总经理Georg Tinschert表示：“‘成本利润比’决定了其界限，真正的限制条件只有创造力。”其应用领域广泛，从电气和电子行业，到整个家用电器和包装、医疗技术、体育用品，甚至建筑行业，可以说，几乎可用到现代传感器取代机械功能的任何地方。

就注塑而论，功能集成的进入成本各不相同，有的很便宜，有的则很昂贵。Tinschert指出，投资水平未必很高，例如，可将电气或电子功能与塑料部件集成，大多数情况下同时进行表面装饰。他说：“只需要在标准注塑机上用较简单的模具复合模塑或背后模塑一个复合材料薄膜组件(当然是高新技术)。这要视情况而定，不是所有的创新技术都很昂贵。”

Tinschert列举了一个功能集成的例子—一个汽车内饰部件，采用威猛-巴顿菲尔公司的CELLMOULD泡沫模塑工艺减轻了其重量，同时还具有极高的表面质量。

他解释说：“这样常常就可以省去后序的喷漆工序。如果我们可以设法减轻塑料部件的重量，同时又使其形成高质量的表面，不需要喷漆，我们就满足了两个可持续发展标准：减轻重量意味着减少了所用的材料，而且省去了一个常常成本很高的制造成工序。”

结构泡沫零件采用CELLMOULD技术制造成，是在塑化过程中直接将氮气通入机筒中。整个机器技术，包括塑化单元、注射单元、气体调节器和气体发生器都由威猛巴顿菲尔公司开发、制造成。

轻量化商机

克劳斯玛菲(KraussMaffei)集团注塑技术行业高级技术副总裁Karlheinz Bourdon博士亦指出：“就技术而论，功能集成没有技术限制。问题是在经济上是否可行。在可预见的未来，我们将能够复合更多的材料，从而开拓全新的应用场合。”

一般说来，功能集成对大批量生产的工业领域具有吸引力，单位生产成本总是决定性因素。

轻量结构一直是其中的推动力，拓展了高性能新材料的应用范围，采用不含复合材料的塑料不能应用于这些场合。

Bourdon博士说：“如果你想把基于材料的轻量化与基于设计的轻量化结合到一起，就需要采用功能集成。巧妙的设计与适当的材料相结合，我称之为成功的功能集成。”

Bourdon博士表示，当今功能集成方面真正的新技术是“其他材料可以与大多数不同的制造成工艺相结合。”这方面，克劳斯玛菲公司推出了ColorForm工艺，可以在模具内直接制造成具有各种不同结构的高表面质量产品。

首先注塑热塑性塑料基材，之后涂覆含有聚脲或聚氨酯(PU)的涂料体系，从而在注塑件上形成所需的表面结构。

Bourdon博士解释说：“这实际上是一种双重功能集成。一方面，我们在部件上施用了一种高级涂料;另一方面，我们还在一台机器中将两种技术，即反应性加工工艺和注塑工艺结合到一起。”

更高灵活性

功能集成有多种方法：一方面，可以在一个部件中集成几种功能;另一方面，还可以省去一些制造成步骤，或集成到一个制造成工序中，或将两个工序合并。

阿博格(Arburg)应用技术部总监Thomas Walther博士说：“互联制造成工序自动化的盈利能力一般随批量的增大而提高，而且交钥匙设备的复杂程度也在稳步提高。但同时，也存在向更大灵活性发展的趋势，因为批次量越来越小，产品的更换越来越快。在这种情况下，值得使工序自动化。”

将具有不同性能的材料适当地组合到一起，制造成具有漂亮纹理或铰接结构的绝缘或磁性产品。例如，软与硬、亚光与光亮，或半透明与透明，都可组合到一起，制成高级配件、开关和把手等车辆内饰产品。

Walther博士说：“在许多情况下，这些组合都具有增强可持续发展性的效果，如缩短生产时间、降低能耗、减少废品。尤其是，软硬塑料结合已经成为我们行业的一种趋势。”

阿博格与其合作伙伴Krallmann和Ruch Novaplast公司开发了一种新型粒子泡沫复合材料注塑(PCIM)工艺的实际应用。

第一步是用集成到注塑单元中的结构紧凑的发泡系统将粒子泡沫制成一个组件。之后，一个六轴机械手将这个发泡部分产品放入注塑模具中，在其上注塑一个螺丝，并牢固地粘合。

这种复合部件(这种情况下是一个发泡部件与一个模塑部件结合到一起)就可以在下步工序中整合到一个泡沫壳体中，形成一种标准化部件，从而可方便地连接导线，并形成有效的密封。

Walther博士说：“利用这种PCIM工艺，我们将两种以前没有多少共同点的技术整合到一起。因而在轻量结构，尤其是在隔热领域开辟了新的应用。例如，也许会想到是大的部件，如汽车保险杠可以牢固地装配。”

轻量结构真正功能一体

亨内基(Hennecke)总经理Rolf Trippler表示：“大多数情况下，减轻重量就意味着复合材料，将纤维与塑料复合在达到较高刚度的同时减轻了重量。”

他说，没有其他方式可以达到金属独有的高刚度，汽车行业正在将更多的部件(每个部件都有其功能)集成到由纤维复合材料制成的部件中。

亨内基与其合作伙伴共同开发了一种部件，部件表面实际上是一个触摸板，可用于调取控制功能。薄膜内含有导体，导体可以插入注塑部件中，再在其后部注塑PU。

Trippler补充说，家电是这种技术的另一个应用领域。现代洗衣机和洗碗机已经有不同的控制面板。将来，这些控制面板的功能可以集成到外壳中，灯的开关也可以如此。

更多优势待发掘

恩格尔(Engel)研究与开发技术总监Georg Steinbichler教授也认为复合材料提供了巨大的可能性，塑料行业才刚刚开始探索其优点。

现代车辆中，塑料产品已占车辆自重的15%以上。他说，未来20年，随结构部件中纤维复合材料用量的增加，完全有可能将这个数字提高到50%。

Steinbichler教授预计：“我们仍然需要在探索复合材料性能与纤维取向方向依赖性方面取得更多研究成果，在自动化制造过程中使增强纤维沿应力方向取向。不久我们就会有在模具中通过聚合生成塑料基体的纤维复合材料。”

但现阶段，需要大量使用自动条带铺设技术，因为该技术应用于轻量结构产品具有节约资源、提高能效的潜力。单向增强纤维条带固化到一个幅面中，视部件将承担的应力，有可能是几层，再将其加热后置入注塑模具中成型，并喷射功能组分。

例如，采用这种方法，部件刚度可提高80%，而重量仅增加4%;或者反过来，可以大幅减轻重量，同时保持相同的刚度水平。

兼顾回收

除了上面所谈的所有技术创新外，Steinbichler教授还提醒业界，在进行功能集成时要考虑方便回收的问题，因为现今复杂的组件或产品常常由多种塑料制造，导致难以回收。

对于回收厂商如Herbold Meckesheim公司而言，功能集成就是要优化工艺，尤其是在现在部件越来越复杂的情况下。

Herbold公司项目管理总监Heiko Weber解释说：“如果我们要粉碎可能仍含有复合材料的极为复杂的部件，我们的机器会产生严重磨损。这种情况下，最好在粉碎腔中安装防磨板，防磨板应易于拆卸、更换。功能集成则意味着粉碎腔也有防磨功能。”

诺信BKG公司总经理Ralf Simon也表示，功能集成部件可能会增加回收工艺的难度。

他说：“我们不是传统的回收厂商。回收后要将产品重新熔化，过滤后造粒。但是，如果由于功能集成部件含有多种需要分离的材料，回收工艺效果不好，在熔体中就可能仍会有残留物。我们就需要再次将残留物过滤出来，这就会增加工作量和费用。”

机遇挑战 携手而来

机遇与挑战并存。这正是德国或欧洲机械制造商的研发方向，也将因此证实他们在全球的领导地位。

Weber说：“如果回收技术要涉及大量的工艺步骤，满足这些严格要求的唯一途径是机器和设备具有更高的自动化程度。我们在德国拥有巨大的优势，创新能力强、员工训练有素，这就是我们能以功能集成部件和工艺满足巿场要求的原因。”

Walther博士则表示，对功能集成的需求主要来自西方世界，尤其是欧洲和美国。因为与亚洲相比，这些地区更加注重自动化工艺。

然而，情况在慢慢变化，因为亚洲也在追求高质量和高效的生产。例如，在中国，机械供应商开始开发他们自己的集成系统。但这似乎并不会对欧洲厂商造成威胁，对于高端行业尤其如此。

Steinbichler教授说：“如果中国充分利用年轻人的潜力，我们肯定会感到压力。但我认为，要做到这一点可能还需要10年。我们在某些思考方式上有优势，如在工艺优化、分析和解决系统问题方面。”

Bourdon博士补充：“欧洲，尤其是中部供应商，有一些独到之处。他们对定制的理解超过其他任何地方，这也是中国客户喜欢购买欧洲产品的原因。这种定制产品的特殊能力，精确满足客户要求的工艺，以及高效、经济实现这些要求的方法，都是中国制造商不具备的欧洲制造商的特点。”