欧盟开发金属与复合材料连接新技术满足汽车等领域减重、节能需求

欧盟“地平线2020"计划正在实施"ComMunio" 项目研究,旨在开发金属与复合材料连接新技术,来制造主体由钢材制成并采用纤维增强塑料局部进行功能强化的复合零件,满足零件的高机械性能、低重量要求,进而满足汽车、航空航天、建筑等领域对减重、节约能源和资源的需求。该项目由位于德国亚琛的两个弗劳恩霍夫研究所一生产技术研究所 (IPT )和激光技术研究所(ILT )联台来自工业界、科研机构和学术界的14个合作伙伴共同完成。

新的混合材料制造I艺采用激光毛化和激光辅助铺带组合工艺。第一步是激光毛化工艺。使用激光对钢制零件表面进行预处理,使其表面具有专门设计、精确定义的毛化结构。经毛化的表面允许连续纤维增强热塑性轻质材料直接粘接在钢制部件上。第二步是激光辅助铺带工艺。先采用铺带工艺将纤维增强热塑性复合材料与钢制零件连接起来,然后利用激光对热塑性带材要与钢制表面连接的局部区域进行加热,熔化后的基底材料流入激光毛化区域。在熔融材料固结之后,具有嵌入式单向纤维的带材就会粘接在钢制部件毛化表面上。这种粘接属于机械连接,无需额外的预处理或额外的粘结剂。

当零件的机械性能需要局部加强而不显著增加部件的重量时,这两种激光工艺组合的优点就会显现出来。该方法尤其适用于大规模生产，体现为:第一- , 复合材料带材铺放后无需进一步的后处理工 序来固化材料;第二,精确地局部加热可在连接两种材料时减少变形和残余应力;第三,激光毛化工艺可以重复地、精确地作用于需要毛化的金属表面;第四,激光不会受到任何刀具磨损的影响。

研究团队已经完成第一个有 高强钢和单向纤维热塑性带材制成的演示样件一轻质摇臂面板 ,用于测试组合工艺的主要功能。