Novos desenvolvimentos procuram entregar formação de compósitos rentável para o setor automotivo.
No final do ano passado, Toray Industries do Japão anunciou que sua CFRTP (fibra de carbono reforçado termoplástica) era para ser usada em um aplicativo estrutural automotivo. Alegando que ela seria a primeira do mundo, o material CFRTP é usado em uma peça chamada de "estrutura de pilha" no veículo de célula de combustível Toyota Mirai. De acordo com a Toyota, o componente é projetado para proteger a pilha de combustível, absorvendo o impacto dos choques e outras interferências de estrada. O CFRTP é relatado como atingindo tempo de prensagem curto, tornando-o adequado para a produção em massa.
Como um componente, a estrutura de pilha destaca os avanços sendo feitos na busca de maior teor de compósitos em veículos rodoviários. No entanto, Toray não está sozinho na vanguarda desta área de tecnologia. Já em 2011, outra empresa japonesa, Teijin, construiu um conceito de carro de quatro lugares com uma estrutura de carroceria CFRTP. A carroceria foi formada em um ciclo de tempo de menos de 1 minuto e pesava 47 kg, apenas um quinto de uma estrutura de aço comparável (tipicamente, em fibra de carbono tem 10 vezes a força, mas apenas um quarto do peso de aço).
Teijin chamou sua forma de prensa CFRTP, Sereebo tecnologia de formação, um acrônimo para Salvar o carbono da Terra, Revolutionary & Evolutiva, e atualmente está trabalhando com fabricantes de automóveis como a General Motors para acelerar o desenvolvimento de compósitos Sereebo da marca para a produção em massa de veículos com redução de peso, frutos os quais estão ainda a sendo compartilhados.
Aplicações compostas atuais
BMW também tem um longo histórico na adoção de compósitos formados, nomeadamente para os veículos elétricos, tais como o i3 e i8. Por exemplo, a célula de passageiros no i3 e i8 nomeado o 'Life Module' pela BMW, é feito de fibra de carbono. É coberto por um telhado composto feito com fibra de carbono reciclado, e apresenta um interior que incorpora outros compostos feitos com reforços de fibra naturais.
No i8, a célula de passageiros de fibra de carbono oferece uma configuração 2+2 lugares com excelente desempenho contra acidente e poupança de peso de 50% sobre o aço e cerca de 30% em relação ao alumínio. As portas de estilo borboleta são feitas também fora da CFRP e reforçadas com alumínio.Além disso, os pára-choques e pára-lamas são de um plástico composto só de uma peça.
É claro que, para a produção de componentes estruturais leves, os fabricantes de automóveis estão cada vez mais se baseando nos compósitos. De acordo com a gigante química BASF, o mercado de compósitos em aplicações de carrocerias e de chassis automotivos valerá € 2 bilhões até 2025. No entanto, os compósitos termofixos são caros e os processos utilizados para transformá-los em componentes prontos de produção têm sido tradicionalmente muito lento para uso na fabricação de alto volume. Os fabricantes de automóveis, centros de investigação e os produtores de materiais agora estão procurando desenvolver processos que resolvem essas deficiências.
"instalamos a maior prensa de alta taxa de acesso aberto do mundo de fabricação de compósitos (acima)... destinada a setores de apoio como o automotivo, onde o desenvolvimento de alta velocidade, fabricação de baixo custo de componentes em materiais compósitos é crítica"- – Tom Hitchings, National Composites Centre
Soluções de prensa dedicadas
Um caso similar pode ser visto no National Composites Centre (NCC) em Bristol, Reino Unido, onde uma prensa Schuler instalada recentemente para a fabricação de alto volume agora está em operação. A prensa de upstroking, short stroke tem uma força de prensa de 36,000kN e uma superfície de aperto de 3.6 x 2.4 m.
"Instalamos a maior, abertamente acessível, alta taxa prima de produção do mundo para compósitos", afirma diretor de desenvolvimento de negócios da NCC, Tom Hitchings. "É destinado a setores de apoio como o automotivo, onde o desenvolvimento de alta velocidade, baixo custo de fabricação componentes em materiais compósitos é crítica. Esta prensa produz peças em menos de cinco minutos."
On the BMW i8, the carbon fibre-built passenger cell offers a 2+2 seating configurationO NCC utiliza o processo HP-RTM (moldagem por transferência de resina de alta pressão) no qual os tecidos de fibra de carbono são colocados em um molde, preenchida com resina e endurecida por aplicação de calor e pressão a partir da prensa. HP-RTM não só pressiona não só permitindo tempos de ciclo mais curtos para peças complexas com altas exigências relativas à geometria e rigidez, mas entrega consistentemente peças com alta qualidade de superfície. Além disso, o processo elimina virtualmente vazios, tais como poros de vácuo livre de resina ou lacunas no interior da peça ou ao longo de suas bordas.
No processo HP-RTM, a resina é injetada rapidamente quanto possível e sem problemas para dentro do molde de vácuo, que é aberto por apenas alguns décimos de milímetro. Este processo de injeção de resina permite que o fosso se espalhe sobre o tapete com muito menos resistência ao fluxo e de baixa pressão de injeção. Em seguida, ele se infiltra rapidamente no tapete antes da polimerização ser iniciada por indução de calor.
Devido à geometria da cavidade ou parte da superfície, do centro da fieira de carregamento não é necessariamente no meio da prensa. Há também forças fora do centro das posições de injeção. Mais importante, o controle do paralelismo impede a lâmina de matriz superior de inclinar durante a injeção e, assim, garante lacuna lisa e uniforme de injecção ao longo de toda a superfície.
Prensas downstroking convencionais trabalham com um leito fixo e movedor de reforço, e um slide cuja força da prensa é transmitida através de cilindros na coroa da prensa. O paralelismo é assegurado por quatro, cilindros contra-pressão servo-controlados localizados nos cantos da plataforma. Estes também são responsáveis pela força de ruptura aberta necessários para combater as forças adesivas e abrir a matriz.
Em contraste, o slide sobre a prensa upstroking no NCC atuam somente como apoio durante o processo de prensagem. A partir do ponto morto superior, a lâmina é movida por um cilindro de acionamento para a sua posição de suporte e ali bloqueada. O curso de trabalho real é realizada pela placa, impulsionada por vários cilindros de short stroke. O paralelismo é assegurado por um servo controle desses cilindros, enquanto a força de desagregação em prensas fazendo movimento ascendente é alcançado pela retirada da placa. Os benefícios da upstroking, prensas short stroke em comparação com desenhos downstroking incluem altas velocidades de fechamento de 1.000 mm/s, tempos para criar pressão menor de menos de 0.3 segundos e altura de construção. significativamente mais baixa.
"Ao processar grandes peças de compósitos termoplásticos, fechamento rápido é necessário para evitar o arrefecimento prematuro", diz Hitchings.
The Engel V-Duo 3600 is the largest in the rangeA abertura da fábrica híbrida do laboratório em Wolfsburg, Alemanha, que realiza pesquisa colaborativa para a indústria e a ciência sobre os temas de desenvolvimento material, conceitos e tecnologias de produção para a produção em massa dos componentes estruturais leves híbridos, está investindo pesadamente em tecnologia de prensa. Por exemplo, uma máquina Engel 3600 V-Duo está sendo construída para este centro de pesquisa progressiva. Na verdade, Engel é membro fundador e patrocinador do centro, que foi iniciado pela Volkswagen em 2012.
Entre outras coisas, a nova máquina Engel é destinado a projeto ProVorPlus, que se concentra em tecnologias de processo funcionalmente integradas para a pré-montagem de híbridos reforçado com fibra de plástico / metal. Para assegurar que a máquina possa ser implantado com o máximo de flexibilidade para vários fins de investigação, será equipado com duas unidades de injeção.
Com uma força de aperto de 36,000kN, o Engel V-Duo 3600 é a maior máquina em sua série. Uma máquina na mesma classe de fixação é instalada em na fábrica Landshut da BMW, onde os componentes estruturais grandes feitos de compósitos de plástico reforçado de fibra são fabricados usando o processo HP-RTM.
Também no processo de fornecimento de uma prima para a Lab Fábrica Hibrida é outro membro do projeto, Siempelkamp. A prensa de 2.500 toneladas vai apoiar a formação de fibra/resina de 'organosheets', bem como o fabrico de compósitos reforçados com fibras usando o RTM e os processos de SMC. A prensa também pode ser utilizado para estampagem profunda e moldagem a quente de vários materiais, enquanto outro destaque técnica é que, por meio de um extrusor especial, os componentes do híbrido também podem ser re-moldados para o fabrico de componentes de resistência, grandes altos.
Quatro cilindros com uma capacidade de trituração de 625 toneladas cada um permitindo velocidades de até 800 milímetros/s de prensa, enquanto atinge precisão na faixa de ± 0,05 milímetros são realizáveis.
Teste do equipamento de pressão
Tecnologia de prensa Schuler também está no coração do Centro de Aachen para Produção Leve Integrativa (AZL, na Alemanha). Aqui, uma prensa upstroking com uma força de 1.800 toneladas está servindo como um conjunto de investigação e desenvolvimento para a plataforma de testes em larga escala de matrizes, linhas, componentes e tecnologias de automação. Os testes são conduzidos sob condições de produção e garantem que o equipamento esteja pronto para o arranque. Schuler forjou uma aliança estratégica na AZL especialmente para esta finalidade.
Para o futuro desenvolvimento de seus equipamentos de prensa, Schuler está focando em particular nas áreas de alta velocidade RTM, prensagem úmida e da transformação de termoplásticos, e feedback acadêmico e prático a partir da rede AZL é esperado para ajudar a otimizar soluções.
Com um tamanho de cama de 2.800 por 1.800 milímetros, a prensa Schuler em AZL permitirá o desenvolvimento de processos para a produção de peças reais com dimensões típicas da indústria.
"Por exemplo, nós podemos produzir grandes painéis de carroçaria de forma totalmente automática", diz o diretor executivo da AZL Dr Michael Emonts. "Prima composta de Schuler nos dá a capacidade de vincular processos individuais em cadeias de processos completos e, em seguida, melhorar os sistemas de peça correspondente."
The Schuler press at the NCC can form parts in just 5 minutesHá claramente uma tendência de mudança na indústria automotiva, com compósitos aparentemente à beira de fazer uma descoberta. E se os relatórios de pesquisadores da Composite Research Centre termoplástico (TPRC) em Enschede, Holanda são confiaveis, pode já ter acontecido
"Embora os produtos feitos com compósitos termoplástico possam ser até 40% mais leve do que materiais automotivos convencionais, muitos OEMs ainda não estão interessados", diz Bert Rietman, desenvolvedor de negócios na TPRC. "A experiência adquirida no processamento de aço, por exemplo, não pode ser totalmente transferido para processamento de compósitos. Os fabricantes são muitas vezes dependentes dos seus fornecedores quando se trata de inovações e novas tecnologias. Cada vez mais, são esses fornecedores que se aproximam da TPRC ".
A fim de avançar com a forma correta e para evitar julgamento e, tanto quanto possível erro durante o processo de design, Universidade de Twente (UT) candidatou-se a grau de doutoramento, Ulrich Sachs, realizou uma pesquisa para compreender compósitos termoplásticos. Só quando os designers entenderem completamente a forma como compósitos curvam, frictionisar e deslizar será possível fazer produtos completamente impecável.
Desenvolvimento de software de simulação
"Os engenheiros querem saber se o material vai enrugar durante a formação, e se o produto final e o processo de fabrico será satisfatório", diz Sachs. "Por esta razão, a indústria automotiva requer simulação de novos materiais e processos, mas o software para a formação de metal atualmente em uso não é apropriado para simular o comportamento de compósitos termoplásticos. Isto significa que software totalmente novo é necessário".
A fim de ser capaz de prever distorções durante o processo de formação de prensa para compósitos termoplásticos, o TPRC usa software Suíte AniForm, desenvolvido pela AniForm Engineering, uma empresa spin-off da UT. O software de simulação faz com que seja possível avaliar se um produto pode ser fabricado numa fase inicial do processo de projeto e ajuda a obter uma melhor compreensão do modo como um material compósito em particular se comporta.
Em outros lugares, ESI Group, é outro desenvolvedor de software com um interesse particular na formação desses materiais avançados. Especificamente, o software de PAM-forma é uma aplicativo de simulação numérica dedicada ao fabrico de peças de compósitos.
Desenvolvido por meio de parcerias em áreas, incluindo a automotiva, PAM-Form é uma solução de fabricação virtual para permitir simulação realista e preditiva formação e pré-formação de compósitos laminados, permitindo que os engenheiros selecionem o material mais adequado, o projeto de ferramental certo e os parâmetros de processo óptimos. O software permite que os engenheiros prevejam defeitos, incluindo rugas, corte excessivo, ponte ou inadequada distribuição de espessura de fabricação; e para corrigi-los, modificando os parâmetros do processo ou o ferramental.
ENGEL V-Duo technology helps facilitate new lightweight composite processesESI Group tem ligações com a Universidade de Nottingham, no Reino Unido, onde o apoio ativo ajuda a impulsionar o desenvolvimento de software baseado em projetos de pesquisa. O Reino Unido, na verdade, é um local em voga para estudo de compósitos. Por exemplo, o Centro de Investigação de Automotive Composites (CDCA) da Universidade de Warwick possui uma instalação de 380m2 dentro do Centro Internacional de Manufacturing WMG.
O CDCA se concentra no desenvolvimento de fibra de carbono reforçado tecnologias de fabricação de compósitos para aplicações automotivas de alto volume, e tendo o centro do palco na instalação há 1,700 tonelada Engel V-Duo de prensa para moldagem de compósitos por compressão termofixos pré-impregnados (PCM), composto de moldagem de folha, (SMC ) moldagem por compressão e carimbo formação de compósitos termoplásticos.
A prensa Engel apresenta uma de área de placa utilizável de 2.2 por 1.8 m, controle ativo, paralelismo durante a compressão, controle de velocidade de cinco estágios durante a compressão, controle de pressão de cinco estágios durante a compressão. A velocidade é de até 800 milímetros/s de fechamento, 580 milímetros/s de abertura e compressão de 20 mm/s. Em combinação com a resina Hennecke Streamline 65, equipamento de injeção, o mecanismo pode também ser usado para estudar HP-RTM.
