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市场透视||塑料为汽车赋能(中)

2021/6/30 8:36:49 来源:聚风塑料 关键词:聚风塑料网

编者按:

一辆汽车由上万个零件构成,塑料制品,特别是注塑制品,由于其自身具有的质量轻、机械性能好、耐腐蚀、电绝缘性好、设计自由度大、制造成本低、可批量连续性生产、性状稳定等特点,满足了汽车减重、舒适安全、节能以及美观等方面的需求,在汽车制造领域被广泛应用,成为汽车组成材料中除了钢铁和有色金属外,另一种重要材料。


接下来让聚风公带你继续揭秘汽车轻量化等热点技术及配套应用解决方案,剖析汽车塑料产业未来的发展方向。


成型加工技术进展



汽车塑料件的发展不仅有赖于新材料的开发,成型加工技术的创新也至关重要,是提高塑料件性能和功能、扩大其在汽车应用的重要手段。



ENGEL:

新型塑化工艺为汽车LED应用开辟新道路


LED已经被越来越多的投入到车辆应用中,并且更多地用作区别设计元素。这提高了几何可变性,对光导纤维制造商提出了新的挑战。为了在复杂的几何形状和较长的结构(例如轮廓照明)中也能确保较高的发光效率,ENGEL开发了一种针对光导纤维注塑生产的新型塑化工艺。它增加了熔体的均匀性和纯度,从而为照明设计人员开辟了新的自由度。


良好的光导纤维可远距离传输特定光源的光线,而不会明显降低其强度或改变其颜色。其前提条件是在整个传输距离上具有非常光滑的表面,以确保光线的全反射。这样,光只能在专门为此设计成棱镜式结构的特定点射出。因此对注塑工艺的要求是:表面的高精度成型以及塑料熔体的高均匀性和纯度。总体而言,注塑为光导纤维的生产提供了很大的优势。它结合了设计自由度和成本效率。


ENGEL与开发合作伙伴一起应对这一挑战,在K 2019上展示了针对 PMMA加工进行优化的注塑工艺,该工艺使光导纤维具有很高纯度,从而实现具有更长、更复杂结构的LED解决方案。


PMMA是汽车行业用于光导纤维生产的优质材料之一,尤其是体现在车辆内饰的创新照明概念方面。为了从一开始就考虑汽车制造商的要求,Volvo沃尔沃汽车集团为开发工作提供了光导纤维演示结构(图1)。


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图1:开发的目的是实现形状长而复杂的光导纤维的高光学质量,演示部件顶部(右)的精细结构用于光线输出

 

底垫可降低剪切负荷在一次注射中生产三种不同长度和不同形状的光导纤维(图2)。三个光导纤维中最长的一个在两个点注射。为了尽可能提高光输出,具体的开发目标是:

●最小表面粗糙度小于25纳米。粗糙度较大时,特别是短波(蓝色)光不会完全反射,而是折射,因此射出的光是黄色(暖色)。

●无杂质。任何杂质都会导致光散射。

●无(微)空腔,因为它们也会导致光散射。


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图2:在一个多腔模中生产三种不同长度和不同形状的光导纤维


技术的关键是填加底垫的原则,ENGEL为此开发了自己的软件。这使得在塑化过程中有针对性地添加到螺杆上的颗粒比在传统注塑过程中机器从料斗输入的更少。这样,在螺杆的进料区,缸筒仅部分填充颗粒(图3)。在螺杆尖端方向上,材料才能变稠并完全填满缸筒。缸筒中的材料较少意味着扭矩更低,因此熔体的剪切负荷更小,从而减少了材料降解。为了同时防止材料氧化降解,在进料区上方用氮吹洗复合缸筒。 


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图3:较高的光输出的关键在于给复合缸筒加底垫

 

作为开发项目的一部分,注塑测试在ENGEL e-motion 310/120 TL注塑机上进行,该注塑机配备一个针对PMMA加工专门设计和涂覆的螺杆和止回阀(图4)。全电动注塑机系列将效率与高动力、高精度相结合,这对于演示部件顶部用于光线输出的非常精细的结构成型尤为重要。



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图4:全电动ENGEL e-motion 310/120TL注塑机

 

ENGEL新开发的塑化工艺为照明技术开辟了新的可能性,底垫与经过优化的过程控制相结合可为长而形状复杂的光导纤维带来很高的光学质量。



克劳斯玛菲:

ColorForm 模内上漆,独一无二的一步式工艺


全球汽车市场对于塑料零部件制品的要求越来越高,制造商们对于生产设备的诉求也越来越多,器械不仅要稳定高产、操作简单,还要具备灵活的设计自由度、低碳环保。克劳斯玛菲重磅工艺ColorForm™模内上漆技术不仅能满足以上需求,更能保证产品从外观到性能脱颖而出。


ColorForm™模内上漆是克劳斯玛菲专利技术,是一种集注塑和反应成型于一体的工艺,将喷涂集成在注塑过程中的成型方式。其特别之处在于完成第一步热塑基体注射成型后,并不使用热塑性注射单元,而是在第二步使用第二组聚氨酯 (PUR) 或聚脲 (PUA) 作为表面材料涂覆。


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模具中涂覆PUR/PUA的系统展示


ColorForm™技术带来的最终成品涂上了想要的颜色,并且外观质量极高,而整个生产过程仅需1分钟。产品在整个加工过程中都停留在同一模具中,因此可以保证较高的产品质量和尺寸稳定性,大大减少不良品,实现稳定量产。


ColorForm™技术带来更高的设计自由度,ColorForm™成型可以做纹理、色彩,即一个表面,三个效果 – 高光、多效果、微结构。这种工艺还能做导光效果,无论何种需求,都可实现一步式完成,并给你带来不一样的视觉维度。


ColorForm™ 一步式工艺与传统“注塑成型+喷涂”工艺相比,避免了传统喷涂中带来的过量喷涂、后处理、附着力差等缺点,且缩短了大量的生产工艺步骤和后道工序,不仅大大提高了产品品质和生产效率,同时降低了生产成本。


相对于传统的喷涂,ColorForm™技术不仅减少了设备的占用空间,同时具有环保、清洁的巨大优势。采用PUA或PUR涂料的表面漆层是对传统漆的一种有效而环境友好的替代。它无溶剂、柔顺剂和重金属,而且没有任何排放。


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传统喷涂:占地面积大、且空间中充满气味,不利于环保


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ColorForm:  一步式模内上漆,自动化、稳定、高产、美观、环保 


ColorForm™设备将注塑机、计量系统、自动化和混合头等生产单元标准化集成后,比以前的系统可节省20%的空间,较短的媒介管线也有助于加工的稳定性。配备的MC6控制单元拥有一个连接接口,可用于操作注塑机和涂装工艺。用户不再需要在不同的控制系统之间来回切换,极大地简化了操作,还最大程度地减少了可能的错误。 


克劳斯玛菲ColorForm™工艺是注射成型和PUR/PUA加工的绝妙的独一无二的组合,全自动生产的效率配以高水准的表面喷漆质量,高水准集成的工艺相比传统的装饰工艺节省了30%的成本,可完全满足客户需求且经济实惠的解决方案。




阿博格:

通过轻质结构工艺FDC实现资源节约


最佳产品设计和高产能的先决条件是,尽可能按照产品要求精确调整材料。Arburg(阿博格)公司通过纤维直混 (FDC) 这项创新的轻质结构工艺,可以根据需要对注塑件进行纤维增强和改进,代替金属以达到省料和减重的目的,制造出含有30%长玻纤的高强度轻质结构产品,从而大幅扩大了在汽车等行业的应用范围。


典型的纤维直混产品有:汽车的座椅外壳和车门模块、发动机舱内的外壳、操纵杆和万向节。在去年9月阿博格吴江工厂开业活动上,展出了一台合模力为400吨的液压款Allrounder 820 S液压机使用含有30%长玻纤的PP材料制作出测试板。循环时间约为80秒钟,产品重量为680克。线性机械手系统Multilift Select取出注塑件,并将其送到一个自动化集成系统的重量检查单元。如此一来就能证明注射重量以及纤维含量是否保持不变。一旦有个别部件出现重量偏差,就能立即在注塑后发现,将其并记录在案,并随即将其归为合格品或废品。



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阿博格负责轻量化应用的技术专家陈瑶介绍说,注射单元上的纤维直混单元包含一个集成有剪切单元的侧面输送单元、一个适配气缸以及特殊几何形状的螺杆。玻璃纤维粗纱被横向给料机切成一定尺寸,然后直接被送到液态熔体中。在实践中已经成功切割处理长度为5.6 - 33.6毫米的纤维。纤维直混工艺的优势在于:材料利用率较高,且最多缩减40%的成本。此外,该工艺还允许灵活选择纤维长度、纤维含量和材料组合,并能有针对性地改善部件的强度和韧性等属性。纤维剪切单元集成在注塑机的控制系统中,因此可在塑化过程中使用其功能。所有重要参数可直接在控制系统上设定,并能按照特定部件进行保存。这样就能确保文档完整且可追溯。


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工艺原理


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阿博格负责轻量化应用的技术专家陈瑶




伊之密:

聚氨酯模内喷涂结合柔性增材制造工艺


目前一些汽车内外饰产品,如仪表板、门板,追求塑料产品外观功能升级,越来越多的制造商会把聚氨酯材料应用在一些高光、哑光纹路的装饰性表面,或者是一些具有软触感、自修复、耐腐蚀、耐刮擦的功能性表面的产品。这些产品生产往往比较复杂,而且成本高,比如需要不同工厂完成生产,为此伊之密公司推出了ReactPro聚氨酯与注塑一体化成型方案2.0 版本,将聚氨酯反应成型工艺引入到注塑成型工艺中,结合聚氨酯反应成型设备以及二板机注塑设备,先在注塑成型塑料基材,紧接着在塑料基材的表面注入聚氨酯涂层反应,一步成型获得完美表面。

 

在Chinaplas2001上伊之密演示生产了汽车发动机盖产品,其表面的聚氨酯涂层的成型时间比注塑基材的成型时间长,所以伊之密推出了InPUR“1+2”创新模具技术,也就是会用到1副注塑模具2副聚氨酯模具,这3副模具之间互相配合可以完成生产,由原来等待聚氨酯反应成型时间的2分钟左右,成型周期缩短至1分钟左右。同时这套设备搭载了伊之密的SpaceA柔性增材制造系统,在发动机盖板的表面打印上一层密封图,这样实现了批量化生产和个性化定制的完美结合。方案还采取PU国产材料,让综合成本大幅下降。



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伊之密董事副总经理兼注塑机事业部总经理张涛在面对聚风记者采访时表示:“ReactPro聚氨酯与注塑一体化成型技术在客户端已经得到了落地,并得到认可。未来汽车会是一个智能的移动空间,驾驶与乘坐的体验将逐步发生变化,所以汽车的内饰和电子系统等从设计端到制造端,都在发生一系列的变化,也带来了对零部件成型技术的新需求,ReactPro聚氨酯与注塑一体化成型技术正是瞄准了未来汽车产业对内饰零部件的颜色、触感等新功能的解决方案。”


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伊之密董事副总经理兼注塑机事业部总经理张涛


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