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德国研发激光与模压成型工艺 利用复合材料制作宝马7系顶梁

据外媒报道,德国联邦教育和科技部(Federal Ministry of Education and Research)为HyBriLight提供了项目资金,由9家公司组成了企业联盟,由其负责研发创新型复合材料顶梁(roof bow),验证了激光连接处理在全新轻量化产品中的可行性。值得一提的是,演示产品所涉及的尺寸、机械要求等所有基础信息均是以宝马7系车型的原装零部件为基础的。

该顶梁采用了纤维增强塑料条(a fiber-reinforced plastic bar)及两块与之相连的钢板,可利用点焊方式将该部件安装到车身上。复合材料与金属件的连接处并未采用传统的粘合剂和铆接方式,而改用了创新型激光结合方法。因此,金属连接板需用超快速激光技术(ultrafast lasers)进行预处理,从而创建海绵状表面形貌(spongy surface topography)。

在进行塑料条模压成型工艺(compression molding process)时,也采用了该连接工艺。先将熔融聚合物(molten polymer)压入到生成的结构件内,待其硬化后形成强大而稳定的接点(joint),这主要是利用了两种材料间的机械联锁(mechanical interlocking)。基于激光技术的复合材料接点可耐受近50 MPa的剪应力(shear stress)。该连接工艺需通过特殊的可变温度热塑技术才能实现,需对金属连接板进行预热。在工艺操作期间,利用一体式传感器实现流程控制。

为节省成本,用热塑料PA6 Matrix及长玻璃纤维增强件(long glass fiber reinforcement)替代原装零部件内的碳纤维增强热固性材料(carbon fiber reinforced thermoset material)。为维持该款零部件的硬度及强度,该款顶梁需辅以碳纤维UD胶带进行局部强化,该类模压成型工艺的生产周期约为75秒。

然后,利用全新的高速扫描系统将演示产品用单模光纤激光器(single mode fiber laser)进行修整。此外,还能采用多通切割法在单个进程中完成多材料混合物的切割,实现热输入最小化。该演示部件成功地将全新激光加工工艺整合到流程链中。

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