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高速,高效率热塑性复合材料制造

   日期:2019-08-02     来源:compositesworld    浏览:132    
核心提示:BIC和Airborne的新工艺承诺为主流制造和各种应用高速,高速生产热塑性复合材料层压板。
 BIC和Airborne的新工艺承诺为主流制造和各种应用高速,高速生产热塑性复合材料层压板。

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为了加快上篮速度并提供良好的设计灵活性,SABIC和Airborne在开发热塑性复合带的铺层工艺时借用了邮政系统的想法。在输送机系统上移动的多个便宜托盘,在进料器单元下短暂停止。每个进纸器将正确尺寸和方向的一个胶带层切割并放入托盘,然后进入下一个进纸器单元。托盘继续通过进料器单元回转,直到在每个堆叠中达到适当数量和方向的层,以满足给定层压板的设计要求。

用于生产热塑性复合带的固结层压板的新型高速系统,数字复合材料生产线(DCML)有望每分钟生产多达四个层压板(每层最多15层),每年生产150万个层压板从单一生产线 - 包括全面检验,100%数字化,包括测量和数据跟踪 - 进料和出料层压板。显然,生产率明显快于任何其他商用胶带处理系统 - 热塑性塑料或热固性塑料 - 而且该系统专门设计用于满足消费电子行业所需的高产量和有效转换成本。幸运的是,这个市场的零件并不大 - 不是航空航天或汽车的规模 - 但OEM确实需要大量的零件,每年大约数千万。

“真正需要高速热塑性胶带转换工艺,因为目前的技术相对劳动密集,价格昂贵且速度慢,” SABIC全球复合材料领导者Gino Francato 解释道。“这使得经济上难以证明并充分利用这些材料的诸多优势 - 在生产量高至极高的行业中生产具有高美观,冲击强度和机械性能以及可回收性的薄而轻的部件。如果没有大幅提高生产速度和使用全自动处理和检查的能力,热塑性胶带仍将是昂贵的利基产品,主要限于在航空航天和汽车中使用。”

 

DCML是SABIC(荷兰Bergen op Zoom)和Airborne(荷兰海牙)的创意,其技术来自Siemens AG(德国慕尼黑)和KUKA AG(德国奥格斯堡)。SABIC贡献了材料技术和复合材料建模工具,以加速定制材料开发和零件的虚拟原型设计。Airborne建立了这条生产线,并在复合材料生产过程的自动化,数字化和工业化方面贡献了专业知识。西门子提供集成的产品生命周期管理(PLM)和可编程逻辑控制器(PLC)软件,以增强自动化并促进机器学习。

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一旦托盘离开传送带回路,它就会前往焊接站,每个堆叠在两个位置进行定位焊接,以便于在固结站进行机器人处理。固结后,层压板移至修剪和检查(如图所示)。

该生产线旨在通过单向(UD)热塑性胶带生产可定制的近净形平板层压板,并提供铺设,整合,修整,数字和视觉检测,自动释放和包装,以便运送给客户。每分钟可以生产多达四个层压板,并且每个层压板可以具有不同的铺设时间表,取向和层数,并且理论上甚至使用不同的材料(具有不同的增强材料和树脂基质,尽管这需要添加额外的进料器单元)。

同时实现不同的铺设只是给定托盘(具有特定层压设计)在每个进料器下方经过多少次以实现正确数量的层和方向以完成其铺设时间表的问题。考虑到消费电子产品中模型的快速变化,灵活性是系统的核心,可以通过在前端添加额外的馈线或在后端添加功能(例如,钻孔,预成型等)来扩展。最初,该生产线的设立是为了运行SABIC的单向碳纤维增强聚碳酸酯胶带,但据报道该系统具有足够的灵活性,可以运行从聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)到单向碳纤维增强的聚醚醚酮(PEEK)的热塑性胶带。或玻璃纤维 - 或两者 - 甚至织物编织。

该系统与工业4.0兼容,可实现端到端的数字化 - 从复合材料产品开发到工厂车间的物理生产 - 基于机器学习的全面质量控制,可以随着时间的推移自动实现持续的质量改进。该生产线可以远程监控和控制,允许制造商动态更改设置(例如铺设时间表,层数等)以修改设计和材料属性。

从功能上讲,DCML主要有三个部分:层叠,整理和修剪/检查。

独特地,帘布层铺设部分不使用自动胶带叠层(ATL)机器,其通常将胶带切割成长度并将它们放置在切割头下方移动的分度台上的所需取向和位置处。相反,该团队采用了一种新颖的高速方法,据报道,基于邮件的分类和分发方式,构建一层堆栈。在输送机系统上移动的多个便宜的托盘在进料器单元下短暂停止。每个进纸器单元切割并放下一个正确尺寸和方向的胶带层(通过高分辨率相机验证,检查胶带的缺陷和变化,并测量多个位置的宽度和厚度)进入托盘,然后前进到下一个馈线单元。为了减少废料和速度上限,磁带将按特定项目所需的宽度生产。托盘环绕通过进给器,直到在每个堆叠中放置适当数量的层,然后在两个位置进行焊接以便于在固结站处理。这种方法允许上层快速发生,但具有设计灵活性。

在整合时,机器人从托盘中提升四个焊接堆叠(一次两个堆叠),并将它们放置在单独的传送系统上的一组金属板之间。板加热并因此加热并固结层压板(通过接触加热),然后将层压板冷却并自动卸载到第三输送机系统上。在最后的固结操作中使用的金属板被再循环回到板返回管线并返回到固结系统中。每分钟四个堆栈进入和离开此部分。

现在固结的层压板的最后一站是检查,修剪和包装。在该工位,每个层压板在一侧进行检查并修整,然后移动到第二个机器人,该机器人将层压板翻过来并从另一侧检查。没有关于使用什么修剪技术的详细信息。

与任何制造系统一样,DCML确实有其局限性。首先,在可用的帘布层方向,帘布层尺寸和形状,最终的层压板尺寸以及铺设孔/窗的能力方面存在一些牺牲。然而,该系统在速度,产量,废品率和转换成本方面弥补了这一点。

 
标签: 复合材料
 
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