跨行业创新,总能带来一些意想不到的惊喜和灵感,如将航天技术运用到汽车制造、将塑料注塑工艺拓展到液态金属注塑,或是将仿生学运用到多彩注塑中。总之,跨行业创新,突破行业壁垒,带来更多技术创新,为行业发展带来了新的活力。

Cross-sector collaboration can often lead to technology breakthrough. For example, aerospace technology being used in automotive manufacturing, injection molding of liquid metal or using bionics in multi-component injection.


福特Shelby GT350R。
福特Shelby GT350R。
塑料行业跟众多行业都有着千丝万缕的联系,正因为塑料行业的特殊性,让塑料行业的跨行业创新逐渐成为一种潮流,或利用其它行业的先进技术改进塑料材料、加工机械或制品,或将塑料行业的技术扩展到其他行业,为企业扩大产业链带来更多商机。跨行业创新,突破行业的壁垒,获得新的灵感源泉,从而带来行业的革新。

利用航天技术为汽车减重

福特在2015年推出的Shelby GT350R,被认为是有史以来赛道竞速实力最出色的量产Mustang车型。为确保车型卓越的性能及操控,福特首次为其配备了全碳纤维材质轮毂,这也是全球首款大规模量产的碳纤维轮毂!与铝合金轮毂相比,碳纤维轮毂将使车重减少近28千克,同时拥有更好的刚性,带来更灵敏的转向响应。

福特为轮毂设立了极高的测试要求。轮毂必须经受路缘撞击、紫外线照射和化学品接触、极端高温耐久性测试等一系列测试。GT350R轮毂需要满足所有这些要求才能进行量产。
福特Shelby GT350R的轮毂。
在赛道测试过程中,制动系统在极端条件下会产生大量热量,这对碳纤维复合树脂材料来说是一大挑战,需要采用最先进的热障技术加以应对。制动温度测试结果表明,Shelby GT350R的超强制动系统产生的制动盘温度超过900摄氏度,这要求轮毂设计标准从公路行驶规格提升到更适合赛车的热标准。

于是,福特与澳大利亚碳纤维轮毂制造商Carbon Revolution合作,将航空航天业采用陶瓷涂层方法处理涡轮叶片材料的技术,运用在碳纤维轮毂研发的热障涂层系统中。

据Carbon Revolution的相关负责人介绍,该公司的热障涂层系统专为航空航天应用而设计,这些应用领域都会遇到极端温度条件。该系统采用多级多材质涂层配方,可以提供优异的热障效果。通过等离子电弧喷枪将陶瓷材料液化,并将其涂布在轮毂内圈的关键部位以及辐条背面。形成厚度极薄、硬度堪比金刚石的涂层,能够可靠地使用树脂隔热,降低车轮温度,使车辆能够承受住最富攻击性车手在赛道的激烈驾驶。

借助航空航天相关技术,福特Shelby GT350R标配全球首款量产碳纤维轮毂。

注塑工艺向液态金属延伸

注塑工艺是塑料加工最重要的方式,然而,注塑工艺不再局限于塑料注塑,同时也在其他领域等到更多应用,如包含了金属材料的液态金属注塑工艺成为一种跨行业的创新。
采用恩格尔e-motion注塑机注塑出来的液体金属部件。
液体金属是一类具有全新特性的材料。锆合金具有无定形,即非晶结构,这也是它们被称作玻璃合金的原因。由这些材料制造的部件非常硬,但同时富有弹性,因此具有极佳的复原行为。例如,钢的弹性为0.2%,钛是1%,而由液体金属合金制造的部件弹性为2%。另外,材料还具有比重小、耐腐蚀性能优异的特征。由于拥有这些特性,所以这类合金应用于承受高机械应力的精密部件。

为了用注塑方法加工这些材料,恩格尔以全电动机器系列e-motion为基础开发了一种新型注塑机。Liquidmetal机器与用于塑料加工的普通注塑机之间的差别,主要是注塑单元不同。液体金属合金有从圆棒切削的碎块材料形式,这些坯料自动供入熔化腔中,在高真空条件下感应加热熔化。机器不采用螺杆,而用柱塞将熔化的金属合金注入控温模具中。在无氧条件下快速冷却就会形成无定形结构,从而使材料具有优异的特性。

Liquidmetal机器是恩格尔将推出的一种金属注塑(MIM)和CNC加工的替代技术,可以在较短的周期时间内一步法制造可直接使用的具有极高表面质量的部件。加工周期介于2-3分钟之间,与CNC加工所需时间相比大幅缩短。另一个优点是没有废料积聚,因为注道残料可以回收。

无颜料仿生彩色技术让彩色注塑更环保

欧洲PLAST4FUTURE研发团队发现大自然色彩耀眼的蓝色蝴蝶,其翅膀表面具有独特的纳米结构纹理,在太阳光的照射下,能够显示出以蓝色调为主的不同色彩。运用到塑料注塑中,如果材料表面纹理不同,则对光线的吸收强度不同,会显示出不同色彩。

利用这一原理,PLAST4FUTURE研发团队历经3年多的努力,终于在2015年研发出不同纳米结构纹理表面的塑料注膜成型机,生产出不同颜色的塑料组件。
为PLAST4FUTURE研发团队带来创新灵感的蓝闪蝶(Blue Merpho Butterfly)。
采用该成型机生产的各种彩色注塑组件不仅无需使用有害环境的颜料,还可省去颜料喷涂及颜料防腐工艺,降低生产成本、原材料和能耗。目前该成型机已在欧盟汽车制造业开始商业化推广应用。目前的应用领域主要包括汽车制造、塑料铸造、半导体、防眩阅读眼镜、五金工具和机器制造等行业。

PLAST4FUTURE团队的负责人称,该技术的应用范围广泛,降低了颜料生产工艺成本,在为现代经济社会创造丰富多彩生活的同时,保护生态环境。例如,过去需要对不同颜色回收品进行分类处理,利用该技术将不存在分类问题。

跨界技术的研究也是工业4.0的核心内容之一。由此可见,跨行业创新,可推动行业之间的深度融合。协同创新、跨界思维,可为行业发展带来更多新思路。
作者:中国塑料机械网 来源:中国塑料机械网信息中心
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