比同類產(chǎn)品輕20％3D纖維纏繞實(shí)現(xiàn)了汽車座椅的概念

一個(gè)創(chuàng)新項(xiàng)目，對汽車行業(yè)和新興市場（如超級跑車和空中出租車）具有潛力，將使用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，對汽車座椅進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，并僅根據(jù)需求在正確的位置使用它們正確的材料并產(chǎn)生結(jié)果很快。通過使用仿真驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法，敏捷的項(xiàng)目管理方法以及參與公司之間的緊密合作和系統(tǒng)集成，開發(fā)了金屬復(fù)合超輕型汽車座椅原型。從設(shè)計(jì)到制造，每月只有7次。創(chuàng)造更好的座椅許多德國公司已經(jīng)合作采用一種組合技術(shù)來進(jìn)行Ultra Leichtbausitz（ULBS）超輕座椅的可行性研究。

該項(xiàng)目的愿景是創(chuàng)造一種超輕型座椅概念，從而在重量優(yōu)化方面引領(lǐng)市場。 Csi entwicklungstechnik GmbH（簡稱csi），Alba Tooling＆Engineering（簡稱Alba）和Automotive Management Consulting（簡稱AMC）是創(chuàng)始公司，它們與Covestro，LBK Fertigung，Robert Hofmann和3D | Technology |進(jìn)行了合作。核心原型座椅概念。該聯(lián)合項(xiàng)目最終開發(fā)出了重量略多于10千克的原型座椅，包括坐墊，結(jié)構(gòu)框架，功能插件和座椅控制裝置，使之易于安裝在汽車上。該座椅比市場上同類輕便座椅輕20％，其中許多是后市場座椅。 ULBS項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和CSI公司負(fù)責(zé)輕量化設(shè)計(jì)的負(fù)責(zé)人Stefan Herrmann表示，目前市場上沒有低于12kg的重量競爭席位。 “直接比較通常不是一對一的，因?yàn)楹笞闹亓慷x通常不包括座椅控制?！焙諣柭f：“而且，與等重的座椅相比，ULBS座椅更舒適。它更高?，F(xiàn)有的座椅，通常是桶形座椅，盡管重量很輕，但還是不太舒適，或者傳統(tǒng)的超級運(yùn)動(dòng)座椅，它們通常很輕。 “ ULBS項(xiàng)目使用了多種創(chuàng)新技術(shù)，其中，基于xFK的3D處理技術(shù)中的纖維粗紗骨架結(jié)構(gòu)起著最重要的作用。這項(xiàng)屢獲殊榮的連續(xù)纖維粗紗沉積技術(shù)的最根本優(yōu)勢是：?設(shè)計(jì)自由； ?具有通過模擬和材料優(yōu)化沿負(fù)載精確放置纖維的能力； ?簡單，低成本且無浪費(fèi)涂覆纖維材料。

為了在這種框架結(jié)構(gòu)中進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移，使用了3D打印部件：在最大負(fù)載區(qū)域（例如靠背），座椅使用了高強(qiáng)度，高模量的不銹鋼3D打印結(jié)構(gòu);在較低的負(fù)載區(qū)域中，鋁制3D打印部件。該項(xiàng)目基于AMC提出的想法。一家專門從事汽車白車身結(jié)構(gòu)和汽車內(nèi)外飾件生產(chǎn)的工程公司，負(fù)責(zé)碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）和增材制造，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的監(jiān)督和協(xié)調(diào)。 csi負(fù)責(zé)數(shù)字處理鏈領(lǐng)域的工作包，包括建模，工程設(shè)計(jì)，表面設(shè)計(jì)，CAE仿真，拓?fù)浞抡?，?yàn)證仿真和項(xiàng)目的虛擬確認(rèn)。 ULBS項(xiàng)目之所以引人注目，不僅是因?yàn)槭褂昧藙?chuàng)新的材料和創(chuàng)新的生產(chǎn)方法，而且還包括了在短短7個(gè)月的合作伙伴之間的緊密合作下，利用新的組件設(shè)計(jì)開發(fā)復(fù)雜組件的能力。繞組骨架在ULBS項(xiàng)目中，減肥主要是通過使用AMC的xFK in 3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種高度靈活，可配置，低成本且可持續(xù)的纖維復(fù)合技術(shù)，用于纏繞部件。 3D中的xFK已應(yīng)用于許多行業(yè)和市場領(lǐng)域的各種產(chǎn)品中。在2018年JEC世界博覽會(huì)上，西格里集團(tuán)展示了一些用這種技術(shù)制成的汽車和自行車零件。與相應(yīng)的鋁產(chǎn)品相比，AMC開發(fā)的碳纖維自行車鏈節(jié)減輕了70％的重量。 3D工藝中的xFK使用浸漬有熱固性樹脂的連續(xù)纖維以無浪費(fèi)的方式纏繞承重結(jié)構(gòu)。浸漬有環(huán)氧樹脂的纖維粗紗纏繞在固定裝置或纏繞套管上，以便對纖維進(jìn)行特殊布置，以匹配每個(gè)組件的負(fù)載和所需功能。 “ xFK在3D中的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，它消除了荷載傳遞過程中的弱點(diǎn)，并將荷載引入結(jié)構(gòu)中?！?Herrmann解釋說，薄弱點(diǎn)通常不會(huì)出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的連續(xù)體中，而是將載荷引入到結(jié)構(gòu)區(qū)域中，特別是在相鄰的零部件連接到結(jié)構(gòu)的地方。

 3D技術(shù)中的xFK支持跨連接的負(fù)載轉(zhuǎn)移，從而使光纖可以根據(jù)所需的零件功能和負(fù)載條件進(jìn)行對齊，并以三個(gè)維度進(jìn)行制造。纖維纏繞工藝還帶來了其他好處-有助于最大程度地減少材料浪費(fèi)，浪費(fèi)的纖維粗紗少于1％。在咨詢了AMC技術(shù)負(fù)責(zé)人Clause Georg Bayreuther博士之后，csi認(rèn)識到xFK在3D技術(shù)方面的優(yōu)勢，并設(shè)計(jì)了要制造的ULBS座椅框架。 Alba制造用于CFRP座椅框架的模具并提供工程支持。雖然座位椅子框架由碳纖維制成，但是天然纖維和玄武巖纖維也是不錯(cuò)的選擇?；旌喜牧辖Y(jié)構(gòu)除了骨架，ULBS座椅原型還包括其他一些新的創(chuàng)新。阿爾巴為座椅泡沫提供了模具，工具，工程和制造支持，并實(shí)施了座椅組裝。纖維絨墊層覆蓋在座椅的CFRP框架上，然后覆蓋3D打印的PUR泡沫。坐墊由傳統(tǒng)泡沫材料制成。通過應(yīng)用3D |由于座椅靠背的靠背殼結(jié)構(gòu)，重量進(jìn)一步減輕。 3D | CORE是層內(nèi)增強(qiáng)芯（IRC）材料，它是單塊蜂窩形式的擠出聚苯乙烯（XPS）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）泡沫芯。結(jié)構(gòu)化夾芯。在復(fù)合零件的生產(chǎn)過程中，蜂窩狀結(jié)構(gòu)填充有樹脂，因此層內(nèi)強(qiáng)度極高。 3D |將芯放置在兩層玻璃纖維之間以創(chuàng)建預(yù)成型件，然后使用真空輔助樹脂傳遞模塑（VA-RTM）工藝將其填充到熱塑性環(huán)氧樹脂中?？扑紕?chuàng)提供了其DisPErcoll粘合劑，用作纖維絨墊和3D打印后墊的粘合劑。根據(jù)Herrmann的說法，Dispercoll粘合劑的機(jī)械性能可確保良好的耐磨性，這非常重要，因?yàn)閴|片和骨架之間的表面接觸會(huì)導(dǎo)致墊片磨損。 “如果您使用單根纖維粗紗，將其放在織物中時(shí)，會(huì)在CFRP硬質(zhì)部件和天鵝絨墊之間造成很小的運(yùn)動(dòng)，這會(huì)在座椅框架部件和織物之間產(chǎn)生摩擦，并最終破壞織物面料”赫爾曼解釋道。傳統(tǒng)的座椅通常具有較大的表面積來支撐坐墊，但使用xFK用3D技術(shù)制成的骨架結(jié)構(gòu)具有較小的接觸表面積。 Herrmann補(bǔ)充說：“當(dāng)3D結(jié)構(gòu)中的xFK驅(qū)動(dòng)羊毛織物時(shí)，必須使用一種特殊且耐用的粘合劑，而這正是Dispercoll粘合劑所能提供的?！笨扑紕?chuàng)還提供了世界上第一個(gè)3D打印坐墊。

盡管傳統(tǒng)的靠背通常是用泡沫塑料模制而成的，但從美觀，功能集成和舒適性方面考慮，由TPU制成的3D打印的靠背墊進(jìn)一步增強(qiáng)了ULBS座椅。靈活性和適應(yīng)性。未來的座椅ULBS項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了多個(gè)目標(biāo)。該項(xiàng)目產(chǎn)生的概念盡管尚未投放市場，但有潛力服務(wù)于許多細(xì)分市場，例如超級跑車，空中出租車，超輕型汽車，微型汽車，直升機(jī)，多翼飛機(jī)和航空。不可否認(rèn)的是，盡管ULBS項(xiàng)目比批量生產(chǎn)的汽車座椅貴，但它已經(jīng)證明了多種減少浪費(fèi)，從而降低材料成本的技術(shù)。與其他碳纖維技術(shù)相比，3D中的xFK產(chǎn)生的廢物極少。實(shí)際上，整個(gè)項(xiàng)目旨在使用最少的資源和最少的必要材料。 ULBS還提供了使用可再生，可持續(xù)資源的可能性，例如在框架，坐墊和織物中使用天然纖維。更重要的是，該項(xiàng)目演示了公司如何通過簡短而靈活的協(xié)作縮短新產(chǎn)品的上市時(shí)間。這也是使用設(shè)計(jì)思想成功地將產(chǎn)品從概念轉(zhuǎn)變?yōu)橛布偷囊粋€(gè)很好的例子，它著眼于功能需求并關(guān)注未來的應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。