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歐盟開發金屬與復合材料連接新技術 滿足汽車、建筑等領域減重、節能需求

2019-08-20 11:26:00

  歐盟“地平線2020”計劃正在實施“ComMunion”項目研究,旨在開發金屬與復合材料連接新技術,來制造主體由鋼材制成并采用纖維增強塑料局部進行功能強化的復合零件,滿足零件的高機械性能、低重量要求,進而滿足汽車、航空航天、建筑等領域對減重、節約能源和資源的需求。該項目由位于德國亞琛的兩個弗勞恩霍夫研究所——生產技術研究所(IPT)和激光技術研究所(ILT)聯合來自工業界、科研機構和學術界的14個合作伙伴共同完成。

  新的混合材料制造工藝采用激光毛化和激光輔助鋪帶組合工藝。第一步是激光毛化工藝。使用激光對鋼制零件表面進行預處理,使其表面具有專門設計、精確定義的毛化結構。經毛化的表面允許連續纖維增強熱塑性輕質材料直接粘接在鋼制部件上。第二步是激光輔助鋪帶工藝。先采用鋪帶工藝將纖維增強熱塑性復合材料與鋼制零件連接起來,然后利用激光對熱塑性帶材要與鋼制表面連接的局部區域進行加熱,熔化后的基底材料流入激光毛化區域。在熔融材料固結之后,具有嵌入式單向纖維的帶材就會粘接在鋼制部件毛化表面上。這種粘接屬于機械連接,無需額外的預處理或額外的粘結劑。

  當零件的機械性能需要局部加強而不顯著增加部件的重量時,這兩種激光工藝組合的優點就會顯現出來。該方法尤其適用于大規模生產,體現為:第一,復合材料帶材鋪放后無需進一步的后處理工序來固化材料;第二,精確地局部加熱可在連接兩種材料時減少變形和殘余應力;第三,激光毛化工藝可以重復地、精確地作用于需要毛化的金屬表面;第四,激光不會受到任何刀具磨損的影響。

  研究團隊已經完成第一個有高強鋼和單向纖維熱塑性帶材制成的演示樣件——輕質搖臂面板,用于測試組合工藝的主要功能。

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