複合材料部件生產:當紡織技術遇上仿生設計

複合材料部件生產:當紡織技術遇上仿生設計

縫編的織物、預成型件和成品部件——自行車制動杆比鋁部件減輕了50%的重量

中、高產量的複雜部件,需要採用精益製造技術來達到有效利用材料以及實現精密、可重複生產的目的。

憑藉在高級時裝刺繡方面的經驗, BIONTEC公司在大批量的生產中高效率地生產出了CFRP部件。

解決複合材料的高成本難題

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自行車曲柄的預成型件和成品展示了集成設計的可能性

相比金屬材料,纖維增強複合材料具有很多優勢,在技術上提供了更好的解決方案,包括:高的特定力學性能,這使其勝任於輕量化的結構,以及低熱膨脹、高減振和集成設計性能。

然而,使用這種各向異性材料的主要挑戰在於設計,以及通常高昂的成本。

BIONTEC新方法:紡織技術與仿生設計

得益於150年的紡織技術經驗,再結合全面的纖維增強塑料知識,BIONTEC公司開發了從纖維到成品的大批量生產工藝。

BIONTEC工藝使訂製纖維鋪放能適應大批量的生產,因而能實現高效、穩定的預成型。

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在工業刺繡機上批量生產的淨形狀織物

通過將增強纖維縫編到載體材料上,可以針對每一個特定的挑戰性應用選擇最佳的材料組合。

根據仿生設計,BIONTEC旨在通過“沿部件淨形狀內的承載路徑來鋪放纖維”,實現“以最少的材料用量達到最佳性能”的目標。

通過將不同的纖維層組合成一個縫編的疊層,大大簡化了預成型過程。

對於更復雜的部件,可以像拼圖一樣將幾個疊層組合成一個穩定的三維預成型件。

高度的自動化生產降低了成本並減少了典型缺陷,如縫隙、纖維錯位和褶皺等。

通過樹脂傳遞模塑成型(RTM)生產出的部件是淨形狀的,因而極大地減少了後續的加工量。

由於預成型件具有優化的浸漬性,在加上採用多型腔模具,可以在不使用高壓RTM系統的情況下實現短循環生產,且不易產生工藝缺陷。

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訂製纖維鋪放(TFP)和樹脂傳遞模塑成型優化了批量化的複合材料生產過程

從創意到批量生產

不管客戶的年需求量是100個還是10萬個,從部件的創意到批量生產,BIONTEC在開發過程中的每一步都是以實現高效生產為前提。

通過使用豐富的紡織技術和複合材料生產知識,該公司可以設計出適合生產的產品。

種類繁多的產品

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夾具:與鋁相比,淨形狀的織物預成型件和成品可減重50%

BIONTEC技術特別適合尺寸有限的複雜部件。

根據特殊要求,可以整體制造出帶有夾芯層或中空的部件。

通常採用的材料是高強度或高模量的碳纖維,而其他技術纖維如玻璃纖維、玄武岩纖維或芳綸纖維等,則可用於特殊的用途,如醫療技術產品。

幾個突出的應用領域

在計量學中,特別是在光學手持設備方面,重量、剛性和熱膨脹性是使用碳纖維複合材料的推動因素。

利用纖維轉向的自由度並結合自動化的生產工藝,可以實現卓越的力學性能並使變形最小化。

這些產品通過使用高模量的纖維和特殊的樹脂系統,可減少由工藝引起的變形,如彈入。

此外,與常用的預浸料手糊工藝相比,加工的自動化顯著縮短了節拍時間,提高了生產效率,從而可使成本減半。

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造紙機用高強度、高剛性的軸

採用自動化的生產方式、多型腔的模具和快速固化的樹脂,每年可以生產出10萬個部件。

為了最大程度地減少材料浪費和成型後的加工工作量,實現如此大批量生產的關鍵在於淨形狀的預成型和成型。

與鋁相比,在部件中使用理想的纖維取向,可使重量減輕50%,如幾種批量生產的自行車部件。

其他的應用是,取代用於航空航天的銑削鋁配件或鈦配件。

在執行太空任務的結構中,除了要求力學性能高之外,熱膨脹性、熱穩定性和漏氣性也都是關鍵的鑑定標準。

針對這些應用,可以將一種新型氰酸酯樹脂用於注射。

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批量生產的制動杆:一次注射可以生產出幾個部件,年產量可達10萬件


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