■KraussMaffei / 劉濤 技術經理
創新性的輕量化技術：迎合熱塑性複合材料應用新趨勢
搭載最新紅外加熱站的Fiberform設備完美將熱塑性複合材料的片材熱成型與注射成型技術相結合；使得複合材料高強度的應用特點與注射成型靈活且高效的加工特點發揮的淋漓盡致。配合有工業機器人的整套系統，高效完成輕量化元件製程。獨具智慧的加熱系統確保板材表面溫度均勻一致，使成型過程更具可操控性與重複性。整套加工流程（如圖1）說明如下：
- 通過自動化設備抓取片材：首先，片材會根據實際產品成型以及應用需求提前裁切好，並放置到相應的工位；
- 通過自動化設備將抓取的片材置於加熱站中：這是熱塑性纖維片材區別於傳統熱固性複合材料最顯著的特點；正因於此，熱塑性纖維複合材料能夠被加熱後再次熱壓成型；
- 被加熱過後的片材被自動化設備取出，並置於模具定位裝置中；
- 模具閉合並建立鎖模力：此過程包含對已預熱片材進行熱成型的過程；
- 注射成型：完成複雜結構件的成型，並將塑膠熔體與已經預成型的片材進行複合。之後進入冷卻時間；
- 開模取件，自動化設備同時放入另外已經預熱過的片材準備下一個迴圈的開始。
加熱更具智慧化，溫度控制更精準
以克勞斯瑪菲(KraussMaffei) Fiberform技術為代表的熱塑性纖維複合材料一體成型技術，主要包含射出機為主體的成型部分以及抓取有機片材和工件的自動化部分；其中的紅外加熱站尤為重要，它是保證產品品質與產品重複性的關鍵設備之一。
首先，紅外加熱站被安裝在定範本的上方位置，以保證機械手取件後經歷最短的路徑將已預熱的片材置於模具中，一般來說此動作在3-4秒內完成。在這裡特別指出的是更具智慧化的加熱方式，如圖2所示。
標準加熱模式
圖2左半部分為標準加熱控制模式，加熱站中的9塊加熱區域(S1-S9)統一編入第1區域(Zone 1)以紅色表示；在加熱區域正中的黃色點標識(P1-P4)代表溫度感測器，此感測器是探測置於其上的片材表面溫度；工作時，所有紅外加熱區域視為一個整體為Zone 1，並通過不同位置的4個溫度感測器P1-P4進行箱內溫度探測。
當自動化設備將片材置於加熱站中後，加熱站開始升溫。我們通過左下部的曲線可以看到，在加熱功率一致的前提下，板材上不同位置的加熱速率並不一樣；並且在一定的加熱時間內板材勻熱時間也不一致；這樣就導致了板材在不同位置加熱的不均一性；最終的片材預熱不均勻有可能導致成型或產品的缺陷，進而使複合材料的性能大打折扣。
克勞斯瑪菲(KraussMaffei)智慧控制加熱模式
圖2右半部為更加智慧化的加熱控制模式，同樣的區域S1-S9被分成了4個區域即Zone1-Zone4，並通過4種不同的顏色來表示；同樣在每個區域中會有相對應的溫度感測器P1-P4與之匹配；在這裡4個區域配合各自的溫度感測器通過軟體控制有相互的通訊，當片材被置入紅外加熱站後，4個區域獨立且相互通訊保證配合，最終從右下部的曲線中可以看到片材在不同區域的加熱速率保持一致，並且在一定的加熱時間內有相統一的勻熱時間。片材在不同位置上溫度的一致性是保證成型與產品品質均一的前提條件之一。
同時圖3中對比了兩種加熱模式下對於片材表面溫度均勻度的評估。顯然以克勞斯瑪菲(KraussMaffei)智慧控制加熱模式下板材的表面溫度的均一度極高。這為後續熱塑性複合材料的熱成型過程奠定了基礎。最後，通過表1來總結Fiberform設備的優勢與特點。
Fiberform在汽車輕量化領域的應用
以克勞斯瑪菲(KraussMaffei)- Fiberform為代表的熱塑性纖維複合材料一體成型技術，在保證了產品強度與設計自由度的充分平衡時，通過材料與板材的有效組合以及結構的優化設計降低了產品的重量與成型週期；最終使得產品的系統成本下降。
圖4展示了汽車安全氣囊罩殼產品的研發歷程。通過高強度工程材料的應用，並結合克勞斯瑪菲(KraussMaffei)先進的Fiberform技術，使產品成本得到大幅控制。使用KM300-1400CX配合LRX350TwinZ完成整體生產過程。相較於最初的注射成型相比，通過對原材料的再設計以及有機纖維複合材料的選擇使產品重量降低接近50%；同時成型週期由原本的~60s降低到現有~40s；最終使生產效率顯著提升。
圖5為汽車多媒體設備支架，通過Fiberform技術的應用使得複合材料產品相較於鋼製產品減重達到49%，儘管單件產品價格要貴7%左右；但考慮到僅有60s的成型週期以及極大的簡化了後期裝配步驟，所以從產品的整個製造過程來看仍具競爭力以及經濟優勢。當然從圖中我們也可以看到，相較於鋁合金方案無論在減重或是在單件成本上而言優勢更加明顯。
結語
伴隨熱塑性複合材料科技的發展，以克勞斯瑪菲(KraussMaffei)- Fiberform技術為代表的創新加工解決方案將高強度的熱塑性複合材料與注射成型完美結合，在保證力學強度需求的同時，使複雜的幾何外形產品能通過注射過程輕鬆完成，進而確保更高的生產效率。目前伴隨新能源電動汽車的發展，將有越來越多的汽車部件面臨迫切的輕量化需求。而Fiberform技術將以全新的角度完美詮釋輕量化技術的應用。如需更多資訊，歡迎訪問以下網站：www.kraussmaffeichina.com
圖1：Fiberform加工製程示意 
圖2：紅外加熱模式對比 
圖3：不同加熱模式下片材表面溫度均一性對比
表1：Fiberform設備優勢
圖4：不同方案的氣囊罩殼產品對比 
圖5：多媒體設備支架
