德国研发激光与模压成型工艺 利用复合材料制作宝马7系顶梁

盖世汽车讯 据外媒报道，德国联邦教育和科技部（Federal Ministry of Education and Research）为HyBriLight提供了项目资金，由9家公司组成了企业联盟，由其负责研发创新型复合材料顶梁（roof bow），验证了激光连接处理在全新轻量化产品中的可行性。值得一提的是，演示产品所涉及的尺寸、机械要求等所有基础信息均是以宝马7系车型的原装零部件为基础的。

该顶梁采用了纤维增强塑料条（a fiber-reinforced plastic bar）及两块与之相连的钢板，可利用点焊方式将该部件安装到车身上。复合材料与金属件的连接处并未采用传统的粘合剂和铆接方式，而改用了创新型激光结合方法。因此，金属连接板需用超快速激光技术（ultrafast lasers）进行预处理，从而创建海绵状表面形貌（spongy surface topography）。

在进行塑料条模压成型工艺（compression molding process）时，也采用了该连接工艺。先将熔融聚合物（molten polymer）压入到生成的结构件内，待其硬化后形成强大而稳定的接点（joint），这主要是利用了两种材料间的机械联锁（mechanical interlocking）。基于激光技术的复合材料接点可耐受近50 MPa的剪应力（shear stress）。该连接工艺需通过特殊的可变温度热塑技术才能实现，需对金属连接板进行预热。在工艺操作期间，利用一体式传感器实现流程控制。

为节省成本，用热塑料PA6 Matrix及长玻璃纤维增强件（long glass fiber reinforcement）替代原装零部件内的碳纤维增强热固性材料（carbon fiber reinforced thermoset material）。为维持该款零部件的硬度及强度，该款顶梁需辅以碳纤维UD胶带进行局部强化，该类模压成型工艺的生产周期约为75秒。

然后，利用全新的高速扫描系统将演示产品用单模光纤激光器（single mode fiber laser）进行修整。此外，还能采用多通切割法在单个进程中完成多材料混合物的切割，实现热输入最小化。该演示部件成功地将全新激光加工工艺整合到流程链中。（本文图片选自compositesworld.com）