Termoplasty ve službách automotive

Letošní expozice rakouského výrobce na zářijovém veletrhu China Composites Expo 2020 v Šanghaji se zaměří na obzvláště hospodárné výrobní koncepty pro výrobu dílů z kompozitních vláken. Řešení na bázi termoplastů s označením organomelt představí Engel na příkladech z automobilového průmyslu. Pomocí organomeltového procesu jsou mj. plně automaticky vyráběny přední nosiče pro Daimler.

„V Číně vidíme velký zájem výrobců automobilů a dodavatelů 1. úrovně o organomeltový proces. Například pro skořepiny sedadel, konzoly a vnitřní konstrukční prvky otevírá integrovaný výrobní proces možnost nákladově efektivního provádění lehkých konstrukcí pro hromadně vyráběná vozidla,“ uvádí Markus Fuchs, ředitel obchodní jednotky Automotive Asia společnosti Engel.

Levné, efektivní a ekologické řešení

Při organomeltovém procesu se termoplastické kompozitní polotovary na bázi organických fólií a také jednosměrné (UD) skleněné nebo uhlíkové vlákny vyztužené pásky zahřívají v infračervených pecích speciálně vyvinutých pro tuto technologii. Termoplastický kompozitní materiál je přiveden do vstřikovací formy robotem, kde je přetvořen a funkcionalizován v jediném pracovním kroku. Při vstřikovacím lití lze např. přímo vstřikovat vyztužující žebra nebo montážní prvky, což umožňuje velmi efektivní a plně automatizovaný výrobní proces, který snižuje jednotkové náklady. Kromě toho nepřetržitý termoplastický přístup přispívá k udržitelnosti a zjednodušuje vývoj konceptů recyklace. „Vrácení kompozitních komponent do materiálového cyklu na konci jejich životnosti je jedním z hlavních úkolů dalšího vývoje v konstrukci vozidel,“ říká Markus Fuchs.

Kompozitní díly produkované v organomeltovém procesu kombinují obzvláště nízkou hmotnost s velmi dobrými nárazovými vlastnostmi. V dalším vývoji tohoto procesu se společnost Engel zabývá výrobními aspekty návrhu kompozitních součástí orientovaných na zatížení. Aby bylo možné specificky přizpůsobit geometrii součástí požadavkům na nízkou hmotnost, bude v budoucnu vzájemně kombinováno několik různých vláknitých kompozitů – např. organické fólie s různými tloušťkami nebo pásky UD. Engel demonstruje potenciál tohoto řešení na konstrukcí dveří, která byla vyvinuta ve spolupráci s dodavatelem automobilů Brose. Zpracovávají se tři organické fólie o tloušťce mezi 0,6 a 2,5 mm. Výběr organických fólií orientovaných na zatížení umožňuje optimálně zohlednit různá zatížení jednotlivých oblastí dílů. Výsledná konstrukce dveří v oblasti rámu okna je tak pevnější než na vnitřní straně dveří.

Hotové polotovary v cyklu vstřikování

Engel vyvíjí integrovaná a plně automatizovaná řešení pro celý proces – od jednotlivých pásů až po funkcionalizaci při vstřikování. Protože musí být ve velkovýrobě ekonomické pokládání pásů a konsolidace svazků (páskových vrstev), musí být také prováděno inline a v souladu s procesem vstřikování. Proto kombinuje buňku pokládky pásky a konsolidační systém, přičemž integrovaný proces může každou minutu vyrábět hotové polotovary z pásek.

Aby se dosáhlo co nejkratší doby cyklu, buňka pro pokládání pásky pracuje podle principu pick-and-place s optickým zpracováním obrazu. Jednotlivé vrstvy pásky se zaznamenají, opticky zkontrolují, uloží do řízené polohy a v určitých bodech se spolu svařují. Pro bezprostředně následující konsolidační proces vyvinuli výzkumníci společnosti Engel spolu s partnerskou firmou FILL systém založený na principu vytápění a chlazení. Tím se plně zpevní vláknitá struktura na pevnou desku, přičemž se zachovají cílené tloušťky.

Na veletrhu China Composites Expo firma demonstruje, že i pro již dlouho zavedené technologie, např. z oblasti lehkých termosetů, může být výrobní účinnost ještě dále zvýšena. Příkladem je stěna zadního sedadla Audi A8 s komplexní strukturou z uhlíkových vláken a místním zesílením sériově vyráběná na stroji Engel v duo 1700 pomocí plně automatizovaného procesu HP-RTM.