ENGEL轻量化未来日：听行业专家谈论可持续的轻量化趋势

轻量化正在蓬勃发展，它为实现气候保护目标发挥了关键作用！2021年5月，机器制造商和系统解决方案提供商ENGEL组织实施的“2021轻量化未来日”活动，再一次明确了轻量化是实现CO2 中性的一项关键技术，而热塑性塑料将在此方面发挥重要作用。

来自所有重点用户行业的顶级专家，如汽车、自行车和摩托车制造，航空、体育和休闲产业，以及来自著名研究机构的代表，均在此活动中介绍了先进的解决方案和方法。超过500 名与会者从15个主题演讲中获益匪浅，这些演讲从不同的方面阐述了当前轻量化的发展趋势。每一个主题演讲之后，都有一个由ENGEL智能机器开发负责人Norbert Müller 博士和Composites United公司总经理Bastian Brenken博士主持的答疑环节。

ENGEL智能机器开发负责人Norbert Müller博士（右）和Composites United 公司总经理Bastian Brenken博士（左）引导参会者们进入答疑环节（图片来自ENGEL）

由于新冠肺炎疫情的影响，今年的“轻量化未来日”以虚拟形式举办，参会者主要来自欧洲，尤其是德国、英国和比荷卢联盟国家。

“2021轻量化未来日”以虚拟形式举办，作为活动组织者，ENGEL计划2022年以混合方式举办，与会者们可以现场参加和虚拟参加（图片来自ENGEL）

热塑性复合材料加快批量生产

汽车供应商博泽公司的门解决方案开发专家Michael Thienel在第一个主题演讲中表示，热塑性复合材料及配套的生产技术令大批量的生产更加容易，他说：“通过对材料的智能混合应用，我们成功地开发了一种创新的门系统，从而在轻量化、功能化和设计灵活性方面设立了新标准。与传统的钢产品相比，我们减轻了5kg的重量，也就是40% 的重量，同时确保了同样的碰撞安全性。此外，我们还实现了仅0.6mm的壁厚。”

自2018年以来，博泽每年向福特提供100万个由纤维增强热塑性塑料（热塑性片材）制成的车门模块。目前，博泽已开始批量生产下一代的车门模块，新一代的产品采用新的结构元件取代了其他的钢制元件，总体而言，这使每个车门又减轻了1kg的重量，同时，还使系统更具成本效益。

在“轻量化未来日”中的许多演讲都表明，先进轻量化的目标是通过加工热塑性塑料来实现的。FACC是提供轻量化飞机结构件的专业公司，该公司对使用热塑性塑料也表示赞同。目前，FACC主要面向“城市空中移动”这一未来市场，包括用于城市空中交通的有人驾驶飞机和无人驾驶飞机。该公司研发及技术总监Rene Adam表示，预计这类飞机部件的年产量将达到 5000～30000，这要比为大型飞机生产的零部件（大约每年1000个）数量高很多。由于固化周期长，因此，迄今为止，主要用于飞机制造的热固性塑料无法满足这一市场对短节拍时间的要求。

可回收令轻量化更具可持续性

未来，热塑性塑料还有可能在传统的飞机结构中扮演更重要的角色，因为航空业为自身设定了“到2050年实现气候中性”的目标。Rene Adam表示：“航空业的制造过程将发生巨大变化，混合铸造、冷粘接和快速成型尚未成为这一制造领域的标准流程，我们需要显著改善成本结构和生产周期，这使我们确信，热塑性塑料将作为重要原材料而被用于未来航空业使用的纤维增强复合材料中。”

在众多演讲中，另一个共识是：热塑性塑料具有优良的可回收性，相比之下，热固性塑料的可回收性非常有限。Forward Engineering公司执行合伙人 Georg Käsmeier指出，欧盟希望将循环经济作为绿色交易的一部分而成为常态。“在产品开发中，从线性思维转向循环思维，并在早期产品设计阶段就将回收过程考虑进去，现在正是时候。”他强调说。

作为一项研究的一部分，Forward Engineering公司分别采用初级热塑性塑料、生物基材料和回收热塑性塑料来制造刹车踏板，以对它们在生产过程中产生的 CO2 进行比较。结果发现，采用含有回收成分的热塑性塑料时，CO2 的排放量显著减少。“我们确信热塑性塑料在可持续方面的潜力巨大。为了利用这一点，现在需要将循环过程建立在工业化规模的基础之上。我们还看到，工业界正在解决这一挑战性问题。” Käsmeier说道。

一次性生产出热塑性的轻量化部件

随着热塑性塑料在轻量化进程中发挥越来越重要的作用，近年来，ENGEL在开发热塑性复合材料的加工技术和生产系统方面投入巨大。“从UD带的铺放到固结，直至包覆成型出热塑性的轻量化部件，我们是世界上第一家能够提供完全集成的工艺的公司。” ENGEL 复合材料加工开发工程师Paul Zwicklhuber表示。

铺放带材依靠的是拾取-摆放原理，这意味着可以在3～4s的时间间隔中，将带材放置到位并点焊在一起。由于叠层的质量主要取决于带材定位的准确性，因此ENGEL配备的铺放装置采用了具有高分辨率摄像技术的测量系统。在铺放装置的下游，是一个固结单元，它能够在注射成型周期内固结好热塑性的带织物。固结可以无缝集成到完整的工艺过程中，从而显著提高了订制带解决方案的生产效率。

ENGEL organomelt 是这项集成工艺的核心，热塑性纤维复合材料预浸料如UD带和有机片材等均在此成形并功能化。热成型后，可以立即采用来自基体材料类别的热塑性塑料，对功能元件如加强肋或装配元素等进行包覆成型，这实现了高度集成的完全自动化的生产过程，同时，还简化了对使用寿命结束后的部件的回收利用。在博泽门模块的生产中，Organomelt工艺也得到了应用。

瑞士Svismold 公司的应用案例表明，即使重量不是问题，轻量化材料也能发挥其优势。该公司说服一家冲浪板制造商，用基于UD带的热塑性纤维复合材料制成的鳍片取代了以前的热固性鳍片，结果，新的鳍片提供了无与伦比的操纵精度。一个原因是，精确计算出了材料在部件中的流动力，并将其完全复制应用到部件生产中。由于UD带的使用确保了纤维排列，同时降低了生产成本，因此，采用新鳍片的冲浪板受到了冲浪界的热烈欢迎。