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【行业动态】纤维材料在未来工业中应用的挑战

点击:时间:2021-10-15

  自从 1800 年代首次在弧光灯、白炽灯泡(竹条)和纺织品中使用碳纤维以来,纤维的使用得到了广泛的扩展,成为设计重型零件和结构的最佳选择之一,它具有高拉伸载荷、导热性和更轻的重量等方面的优势。

  如今,由具有多种材料特性的各种材料制成的不同连续纤维可用于工业。由天然和非天然材料制成的纤维表现出卓越的机械和热性能,可用于根据特定的轻质结构需求定制新的组件和结构。无尽的纤维材料方法为未来带来附加值

  越来越多使用纤维的新型自动化生产方法进入市场。当前的自动化技术,如 3D 打印、机器人长丝方法,其中纤维与粘合剂混合,显示了如何设计新的热机械部件和结构的革命性变化。

  这种制造技术通常用于制造开口或封闭端结构。这提供了在整个结构中具有连续长丝的可能性以及在不浪费材料的情况下连续制造的可能性,因为几乎没有下料。

  3D 打印方法的缺点是,在大多数情况下,在形状、方向上有限制,并且需要太多的生产时间。另一方面,工业机器人/CNC 方法很有意义,该方法的过程是根据要生产的零件而设计的。这种方法允许使用具有特殊功能的无端纤维制造高科技零件,包括:超轻、高几何灵活性;优化的仿生形状;和降低复杂性。可以优化力和张力(根据负载的纤维强度/方向),并且可以定义/调整强度和刚度。这种方法提供了多轴向载荷能力(拉伸/压缩、弯曲、扭转)。它也是材料优化和资源友好的。多材料支架的计算机模型

  一些设计师、工程师和制造商已经在为某些应用开发新的组件和结构,使用无端纤维代替金属/塑料方法。已经生产的具有无限纤维的部件包括轻质支架和夹层板。

  在任何材料和制造过程中,都会出现技术和工业挑战。工程师和制造商必须分析新材料和技术所展示的可能性与产品风险。似乎决定大量使用无端纤维的主要挑战是从头到尾理解和了解制造过程。良好的自动化和校准制造过程将使制造的产品具有连续和可重复的质量。

  由于作为制造零件的传统方法,使用的无端纤维材料要少得多,因此这种方法为即将到来的资源变得越来越稀有和昂贵的未来带来了显着的附加值。此外,必须建立完善的无端纤维材料供应链。选择具有工业能力的可靠的工业连续纤维材料和制造商非常重要。

  考虑到,在不久的将来,将有可能使用天然纤维与天然生物基粘合剂相结合制造 3D 结构部件,这些部件是 100% 可修复(自愈)、可回收和可持续的,无限纤维作为主要的潜力结构材料清晰。弹簧等结构是此过程的理想应用

  可持续性是一个大趋势,它将影响我们未来几十年的行为,因为人类开始明白事情必须改变。挑战是巨大的。轻量化是所有移动主题(街道、水、空气甚至太空)的最小公分母。一半的重量会产生一半的能量,这与加速所需的能量类型无关。

  3D 中的 xFK 是一种工艺技术,将对这一主题做出重大贡献。原始设备制造商将其称为“改变游戏规则的技术”。其原因是显而易见的。在相同的刚度下,它可以减轻 50% 到 70% 的重量。功能的集成导致复杂性的降低。大尺寸(汽车尺寸甚至更大尺寸)的复杂 3D 结构是可能的。模拟驱动的数字流程链意味着拓扑优化。通过在绳索中思考,研究自然界中发现的模式,导致仿生设计。CAD-FEA-CAM 是一种全自动机器人绕线工艺。

  通过在今天和不久的将来增加使用天然纤维,循环经济方面的生物基树脂,通过以智能方式修复结构和回收材料,这一过程将成为可持续系统的突破。

  与 3D 解决方案中 xFK 的相对质量相比,附加值非常引人注目。原始设备制造商和其他行业专家证实,这项技术将是不可避免的。

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