從SAMPE看先進複合材料的開發與應用(下)

 

刊登日期:2017/7/31
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陳世明/工研院材化所

Leibniz-Institut für Polymer for schung Dresden e.V. Germany
Toyota Central R&D Labs., Inc的Design And Development Of Extreme Lightweight Carbon Composite Structures Made By Tailored Fiber Placement

屬於積層製造法之一的裁縫式纖維佈置(Tailored Fiber Placement;TFP)法(圖廿五)提供了一種複合材料零件的卓越生產能力並具有極高的輕量化潛力,此法以非常高的靈活性,具在任意方向準確地施加補強纖維的可能性。此外,這些部件在近型狀(Net Shape)製造上將有非常好的材料經濟利用性。目前碳纖維Airbus 350 XWB的窗框是其中之最複雜的複合零件TFP法之應用實例(圖廿六)。而對於其他應用,TFP具有可提供巨大可變軸向纖維設計的潛力。在本研究中提出了可變軸向TFP結構的非商業性示範例。本文中以Elbflorace的2016學生級賽車的後翼使用桁架部件為範例,包含了從設計、模擬到其製造之完整的流程說明(圖廿七~圖廿九)。結果顯示新型設計的TFP CFRP後翼附件具有可變軸向的數值解決方案,其比質量剛性(Mass-specific part stiffness)與原始的鋁合金部件增加約236%,若和異方性的CFRP部件相比仍然增加約69%。

圖二十五、裁縫式纖維佈置(TFP)技術示意圖
圖廿五、裁縫式纖維佈置(TFP)技術示意圖


圖廿八、以TFP法製作賽車的後翼使用桁架部件照片
圖廿八、以TFP法製作賽車的後翼使用桁架部件照片

Fraunhofer Institute for Production Technology IPT
Germany的Manufacturing Of Miniaturized Thermoplastic Frp Components Using A Novel Reaction Injection Pultrusion Process

弗勞恩霍夫IPT開發了一種小型化的反應式拉擠成型工藝來製造熱塑性基複合材料型材,直徑為1mm以下(圖卅〜圖卅二)。在這個過程中,單體使用非常低的黏度用於改進纖維含浸性,並直接在模具中聚合成高分子。使用此方法可以實現具有優異性能及成本效益高的小型化製造。圖卅三顯示PA/GF複材在不同聚合溫度下之斷面優劣比較,圖卅四則顯示PA/GF複材在不同聚合溫度下之單體轉化率,實驗測試結果顯示本小型化的反應式拉擠成型工藝具可行性和工業應用的潛力。

圖卅二、小型化反應式拉擠成型工藝製造熱塑性基複合材料型材之設備照片
圖卅二、小型化反應式拉擠成型工藝製造熱塑性基複合材料型材之設備照片

圖卅三、PA/GF複材在不同聚合溫度下之斷面金相圖
圖卅三、PA/GF複材在不同聚合溫度下之斷面金相圖

 

圖卅四PA/GF複材在不同聚合溫度下之單體轉化率
圖卅四、PA/GF複材在不同聚合溫度下之單體轉化率

Institut fuer Textiltechnik (ITA) of RWTH Aachen University, Germany:Smart Composite Factory – Cyber-Physical Systems in Fibre Reinforced Plastic Production
工業4.0中的生產技術數位化在紡織工業中已經有顯著的潛力。由於工業4.0的發展,預計德國生產總值(GDP)將每年增長1.7%。產業的主要應用在於使用網絡物理系統(Cyber-physical Systems)進行---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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