2020年11月,美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)WEAV3D迎來(lái)了成立以來(lái)的首個(gè)商業(yè)訂單。從航空航天輾轉(zhuǎn)至汽車制造,最后以建筑市場(chǎng)作為技術(shù)落地的第一站,WEAV3D的創(chuàng)業(yè)之路頗有一番波折。
盡管如此,公司創(chuàng)始人Oberste和他的團(tuán)隊(duì)仍然看好復(fù)合材料在汽車行業(yè)的發(fā)展。在執(zhí)行訂單的同時(shí),他們更加積極地與歐美各大主機(jī)廠及一級(jí)供應(yīng)商頻繁接觸,尋找用WEAV3D技術(shù)生產(chǎn)汽車內(nèi)飾件、皮卡尾門等汽車面板的商業(yè)機(jī)會(huì)。
“我們的技術(shù)將改變汽車行業(yè)的量產(chǎn)規(guī)則。”Oberste表示,“它每年能夠生產(chǎn)20萬(wàn)-50萬(wàn)塊汽車面板,質(zhì)量可與金屬面板比肩、但重量更輕。更關(guān)鍵的是,與有機(jī)板、ATL等工藝相比,它的生產(chǎn)成本下降了30%-75%。”
WEAV3D技術(shù)
該技術(shù)本質(zhì)上是一種以市場(chǎng)現(xiàn)有的熱塑性單向預(yù)浸帶為原料的編織技術(shù),對(duì)纖維和樹(shù)脂的種類沒(méi)有特殊要求,且不同種類的單向帶可以混用。在前期實(shí)驗(yàn)中,技術(shù)人員多采用PP、PC、PET、PA等熱塑性樹(shù)脂以及玻纖、碳纖兩種增強(qiáng)材料,還研究了金屬帶材和光纖帶材的編織可行性。
經(jīng)過(guò)設(shè)備的牽引,預(yù)浸帶被編織形成經(jīng)緯網(wǎng)格結(jié)構(gòu),再通過(guò)紅外線的照射和輥軸的壓實(shí),最后以片材或卷材的形式交付給客戶。根據(jù)需求,WEAV3D還可提供結(jié)構(gòu)剪修和預(yù)制件加工等服務(wù)。
圖中的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)混用了碳纖維/PP、玻纖/PP和銅帶三種帶材
目前,WEAV3D的全尺寸試驗(yàn)機(jī)主要加工25毫米幅寬的帶材,加裝配適器后可加工幅寬可降至5毫米,整體改裝后可提升至25毫米以上。
成品復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可寬至1.5米,厚至5層、長(zhǎng)度不受限制。
Oberste表示,該技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是高度的靈活性和適應(yīng)性,能根據(jù)不同行業(yè)的差異化需求,調(diào)整預(yù)浸帶的種類和網(wǎng)格的編織密度。
客戶可根據(jù)最終產(chǎn)品的要求,用不同的后續(xù)工藝對(duì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行再加工。如果部件形狀相對(duì)簡(jiǎn)單,可以直接鋪層熱成型;如果稍有難度,可以模壓成型;如果高度復(fù)雜,可以先做成預(yù)制件,然后復(fù)合模塑成型。
“用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的短切纖維/長(zhǎng)纖維復(fù)合材料,其強(qiáng)度、硬度和剛度都將得到顯著提升,這有助于降低部件厚度、減少加強(qiáng)筋用量,最終實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減重。”
目前,WEAV3D已經(jīng)開(kāi)始著手研發(fā)下一代編織設(shè)備,目標(biāo)直指汽車市場(chǎng),預(yù)計(jì)將于2022年問(wèn)世,生產(chǎn)效率有望提高至現(xiàn)有三倍,紅外加熱及輥軸系統(tǒng)也將被更高效的超聲焊接系統(tǒng)所取代。