TPU材料开启汽车行业柔性新应用 | 巴斯夫

大家都知道，增材制造在汽车行业中的应用非常广泛，不管是原型验证还是功能性验证。但是像柔性材料，比如说TPU还是比较少的。7月5日，霍尔榜直播平台，巴斯夫Forward AM 粉末产品应用技术工程师李燕升就“Ultrasint® TPU材料的汽车应用”话题，给我们带来了TPU材料在汽车内饰柔性应用的一些分享。

这款柔性材料的创新应用是基于巴斯夫Ultrasint® TPU材料，本次直播李工为大家带来的是汽车内饰使用增材制造的优势；第二，满足汽车内饰材料的材料应该满足哪些测试；第三TPU材料为了满足客户需求可以进行的后处理方式；第四、Ultrasim®仿真模拟软件为客户提供更加广泛的可能性；第五，汽车内饰的实际应用案例的一个分享。

汽车内饰使用增材制造的优势，大家都知道，汽车内饰为汽车OEM和供应商提供了实现增加产品价值和增加产品差异化的最佳机会。它的本质就是具有安全座椅娱乐和通信的驾驶舱，在视觉上需要呈现和谐的布局。而设计师面临的挑战就是在相对小的空间内，还有一定重量的限制内，需要创造出一个具有兼顾舒适、美观、隔音和耐用的空间，而增材制造可以为汽车制造厂商带来的优势，第一、更轻的结构。第二、更加的舒适，提供更加舒适的舒适性。第三、个性化，比如说满足特定的驾驶员的一个需要。第四、脱颖而出的独特设计，比如说品牌的logo，还有不同厂家的一些特殊的logo。既然增材制造可以带来如此多的优势，那么怎么样才能让这个优势转化为实际的应用例子？

与应用密切相关的就是产品的鉴定认证，我们巴斯夫Ultrasint® TPU材料就是为了满足客户的不同需求，做了大量的测试与认证。其中，在汽车内饰材料中，我们满足汽车行业中的客户做了以下4个测试鉴定。第一、耐紫外线性测试，第二、阻燃测试，第三、疲劳测试，第四、有机物（voc）挥发测试。

巴斯夫Ultrasint® TPU材料是如何满足以上4类测试的。首先带来的是耐紫外线性测试，耐紫外线往往与耐候性都是有密切相关的，在汽车内饰材料中都必须要经过严格的测试，以确保这些材料能够多年的承受暴露在这个环境中，它的力学性能保持基本不变。我们提供了两款测试，一类是模拟户外条件下的测试，另外一款测试是模拟汽车仪表盘的一个环境。

大家可以看两张测试的图片，第一张图片，是拉伸强度与时间的一个测试，我们可以看出TPU的材料在户外条件下，它的拉伸强度几乎是保持不变的，它在汽车仪表盘的环境中，它的拉伸长度结果也是不变。在右侧的图片中，展现出的是老化时间与断裂伸长率的关系，从中我们也可以看出在户外条件下，它的断裂伸长率是几乎保持不变的，而它在汽车仪表盘中，它是在后期是有一个略微的下降，但是这个并不影响客户的实际使用。

最下面两张图片，这个图片展示出了材料在耐紫外线下的黄变情况，我们可以看出这个材料几乎没有发生黄变，展现出了优异的耐黄变性能。

另外带来的就是一个阻燃测试，阻燃测试对于汽车内饰材料中是至关重要的，只要是汽车内饰材料中用到的材料都需要经过阻燃测试。阻燃测试是这样的，它测试的是以材料在标准条件下的一个抗燃烧能力，我们的TPU材料是通过了XY方向的测试，也通过了Z方向的测试。

数据表中我们可以看出，TPU材料是通过的是FMVSS 302测试，然后所有的样品都通过了阻燃测试，这个阻燃测试的燃烧速率是小于100毫米每分钟的。原则上，测试的零件必须是内饰件的最终的几何形状，但是取决于客户的实际的应用，我们就只能去做一个1毫米的板材去做参考，我们并没有办法去覆盖所有的客户，用实际最终的样件来满足客户的要求。

第三个是有机物挥发测试，尽管很多人都会期待或者欣赏，坐在车内一个非常喜欢新车的味道，但是这个味道一定要保证汽车的空气质量，它不会对人体造成任何潜在的安全风险，因此需要对汽车内部所使用的材料以及产品进行严格的测试。比如，测试挥发性以及半挥发性的排放量以及它们的味道，以上表格就展现出了Ultrasint® TPU01这款材料，打印出汽车内饰件的一个分析结果。

首先，可以看出第一列是VDA 270是一个味道的测试，这个味道测试它至少是有5个人来进行打分， 1分表示毫无察觉，6分就表示这个味道几乎让人无法接受。而我们这款TPU因子材料打印出来的样件，它的分数是小于3分的，它就意味着我们是可以察觉到一定的塑料的味道，但是这个味道又不会让人觉得不舒服。我们也测了一些甲醛的含量，还有一些挥发物有机物含量，它都是已经小于一定的数值的，并且它是满足客户的需求，展现出了优异的性能，也满足了客户的要求。

其次带来的是疲劳测试，疲劳测试是一个循环负载下，预测零件和材料在波动载荷下的使用寿命，对汽车内饰件来说是非常重要的。比如说汽车座椅和头枕，它是需要经过长时间的去要承受循环应力，而我们这款材料也经过了疲劳测试，我们测试了三种条件下的测试效果。

首先，是室温条件下2毫米的一个板材，我们测试的条件是弯折90度，就是这个材料它需要弯折90度，并且它需要弯折10万次，在使用条件下90度弯折10万次，我们可以看出它的切口缺口处是没有增长的，说明这个材料是符合了测试的标准。

另外，我们也测了一个低温零下10度一个切口板材的循环测试，它的缺口也是没有增长的，也展现出了优异的耐疲劳性。大家都比较好奇，既然板材是可以经过弯折测试的，那么我们打出来的这种晶格结构，它是不是也可以通过疲劳测试。而我们也测了一个室温条件下的晶格结构，我们也是通过了10万次90度的弯折测试，也展现出了一个优异的耐疲劳性能。

Ultrasint® TPU为满足客户需要的后处理方式有很多种，大家从这张图中可以看出，最左侧它是灰灰的颜色，这种表面是微处理的，只进行了简单的喷砂处理。而中间这种黑色的，还有汽车头枕，它是经过了化学熏抛，化学熏抛目前是唯一可以使3D打印样件表面变得光滑的一个方法。

最右边黄色的框子里面，蓝色的是我们巴斯夫特有的柔性涂层的一个解决方案，是化学熏抛结合了柔性涂层，我们可以看出它的效果是非常好的。这个柔性涂层与TPU的结合是非常牢靠的，因为它也是TPU的一个涂料。

大家都非常好奇，这款柔性涂层涂到TPU01材料上，这个涂料会不会对原来TPU01它的一些性能或者是鉴定会带来一些影响，这个答案肯定是否定的。

这款TPU的柔性涂层材料，我们也做了大量的试粘接性测试，就是去测柔性涂层与TPU本身它的一个连接性的测试，还有一个耐磨性测试，还有涂了柔性涂层的样件，也去做了一个疲劳测试，它的疲劳测试也经过10万次的弯折，弯折处并没有发现涂料起皮或起鼓分裂的情况，展现出了非常优异的结合性。

我们也测了一下耐刮擦耐水解以及耐化学腐蚀，我们测了一下乙丙醇、乙醇、氢氧化钠溶液，还有一些盐酸溶液，对这个涂料都是没有影响的。另外，我们也测了VOC的测试，雾化测试，还有耐紫外线性测试，而且这款涂料是非常安全的一个涂料，它是可以与皮肤直接接触的。我们也做了细胞毒性、皮肤致敏性以及皮肤刺激性的一些测试，它均通过了相应的测试，展现出了优异的使用性能。

接下来，为大家介绍巴斯夫特有的仿真模拟服务，通过仿真模拟服务，我们可以极大地发挥出增材制造的优势，通过设计和模拟样件几乎可以随意的进行个性化调整。我们这款仿真模拟主要分为以下7个内容：第一、模型验证优化。第二、打印过程模拟。第三、材料建模。第四、材料测试。第五、打印过程优化。第六、结构分析。第七、零件应用测试。

我们巴斯夫是具有一个非常雄厚的化学和材料的专业知识，根据TPU材料的特性，例如，它的力学性能不同温度下的粘弹性能、回弹性能以及Compress set 进行材料建模，从而提供了更加优异的结构设计，满足客户不同的使用需求。

通过力与位移关系图，我们可以看出大概有4类晶格结构。第一类是线性刚度，它是一种舒适的晶格结构，比较柔软，适合做一些床垫一些电子。第二类是高线性刚度，它展现出了优异的回弹性，适合是去做一些鞋垫。第三类就是低能量吸收器，它具有良好的缓冲效果，非常适合适用在汽车头枕，汽车座椅上面。第四类是高能量吸收的晶格结构，它是适合用在一些头盔以及护垫上面的应用。根据这些结合我们的Ultrasim®仿真软件全流程的一个设计优化，给客户带来更加优异的体验。

【TPU材料汽车内饰案例】汽车座椅对于驾驶员来说，一款舒适贴合的汽车座椅是非常重要的。而标准化生产出来的汽车座椅，无法满足不同体型、不同驾驶偏好的驾驶员，无法给所有的驾驶员带来一致性的价值体验。而我们的客户裕克施乐（OECHSLER）就想打破传统的成形方式，为解决以下三个痛点，第一、在装备过程中繁杂的流程。第二、新产品迭代的时间过长。第三、制造运营时间过长。我们的客户裕克施乐（OECHSLER）选择采用3D打印技术，并使用巴斯夫Forward AM的 Ultrasint® TPU01这款材料打印出具有晶格结构的汽车座椅，而晶格结构的汽车座椅可以轻易的去实现轻量化，而晶格结构也可以轻易的实现人体工具设计，实现卓越的舒适性。与传统成形方式不同，不需要注塑或者发泡，装备过程中的零件，以及复杂程度都极大地减少，显著的缩短了产品的研发和制造运营的时间，我们的材料在使用过程中也得到了客户的好评。

文章：巴斯夫，霍尔榜播出