比同类产品轻20％3D纤维缠绕实现了汽车座椅的概念

一个创新项目，对汽车行业和新兴市场（如超级跑车和空中出租车）具有潜力，将使用先进的生产技术，对汽车座椅进行结构调整，并仅根据需求在正确的位置使用它们正确的材料并产生结果很快。通过使用仿真驱动的设计方法，敏捷的项目管理方法以及参与公司之间的紧密合作和系统集成，开发了金属复合超轻型汽车座椅原型。从设计到制造，每月只有7次。创造更好的座椅许多德国公司已经合作采用一种组合技术来进行Ultra Leichtbausitz（ULBS）超轻座椅的可行性研究。

该项目的愿景是创造一种超轻型座椅概念，从而在重量优化方面引领市场。 Csi entwicklungstechnik GmbH（简称csi），Alba Tooling＆Engineering（简称Alba）和Automotive Management Consulting（简称AMC）是创始公司，它们与Covestro，LBK Fertigung，Robert Hofmann和3D | Technology |进行了合作。核心原型座椅概念。该联合项目最终开发出了重量略多于10千克的原型座椅，包括坐垫，结构框架，功能插件和座椅控制装置，使之易于安装在汽车上。该座椅比市场上同类轻便座椅轻20％，其中许多是后市场座椅。 ULBS项目负责人和CSI公司负责轻量化设计的负责人Stefan Herrmann表示，目前市场上没有低于12kg的重量竞争席位。 “直接比较通常不是一对一的，因为后座的重量定义通常不包括座椅控制。”赫尔曼说：“而且，与等重的座椅相比，ULBS座椅更舒适。它更高。现有的座椅，通常是桶形座椅，尽管重量很轻，但还是不太舒适，或者传统的超级运动座椅，它们通常很轻。 “ ULBS项目使用了多种创新技术，其中，基于xFK的3D处理技术中的纤维粗纱骨架结构起着最重要的作用。这项屡获殊荣的连续纤维粗纱沉积技术的最根本优势是：▶设计自由； ▶具有通过模拟和材料优化沿负载精确放置纤维的能力； ▶简单，低成本且无浪费涂覆纤维材料。

为了在这种框架结构中进行负载转移，使用了3D打印部件：在最大负载区域（例如靠背），座椅使用了高强度，高模量的不锈钢3D打印结构;在较低的负载区域中，铝制3D打印部件。该项目基于AMC提出的想法。一家专门从事汽车白车身结构和汽车内外饰件生产的工程公司，负责碳纤维增强聚合物（CFRP）和增材制造，负责项目的监督和协调。 csi负责数字处理链领域的工作包，包括建模，工程设计，表面设计，CAE仿真，拓扑仿真，验证仿真和项目的虚拟确认。 ULBS项目之所以引人注目，不仅是因为使用了创新的材料和创新的生产方法，而且还包括了在短短7个月的合作伙伴之间的紧密合作下，利用新的组件设计开发复杂组件的能力。绕组骨架在ULBS项目中，减肥主要是通过使用AMC的xFK in 3D技术实现了一种高度灵活，可配置，低成本且可持续的纤维复合技术，用于缠绕部件。 3D中的xFK已应用于许多行业和市场领域的各种产品中。在2018年JEC世界博览会上，西格里集团展示了一些用这种技术制成的汽车和自行车零件。与相应的铝产品相比，AMC开发的碳纤维自行车链节减轻了70％的重量。 3D工艺中的xFK使用浸渍有热固性树脂的连续纤维以无浪费的方式缠绕承重结构。浸渍有环氧树脂的纤维粗纱缠绕在固定装置或缠绕套管上，以便对纤维进行特殊布置，以匹配每个组件的负载和所需功能。 “ xFK在3D中的一个重要优点是，它消除了荷载传递过程中的弱点，并将荷载引入结构中。” Herrmann解释说，薄弱点通常不会出现在结构的连续体中，而是将载荷引入到结构区域中，特别是在相邻的零部件连接到结构的地方。

 3D技术中的xFK支持跨连接的负载转移，从而使光纤可以根据所需的零件功能和负载条件进行对齐，并以三个维度进行制造。纤维缠绕工艺还带来了其他好处-有助于最大程度地减少材料浪费，浪费的纤维粗纱少于1％。在咨询了AMC技术负责人Clause Georg Bayreuther博士之后，csi认识到xFK在3D技术方面的优势，并设计了要制造的ULBS座椅框架。 Alba制造用于CFRP座椅框架的模具并提供工程支持。虽然座位椅子框架由碳纤维制成，但是天然纤维和玄武岩纤维也是不错的选择。混合材料结构除了骨架，ULBS座椅原型还包括其他一些新的创新。阿尔巴为座椅泡沫提供了模具，工具，工程和制造支持，并实施了座椅组装。纤维绒垫层覆盖在座椅的CFRP框架上，然后覆盖3D打印的PUR泡沫。坐垫由传统泡沫材料制成。通过应用3D |由于座椅靠背的靠背壳结构，重量进一步减轻。 3D | CORE是层内增强芯（IRC）材料，它是单块蜂窝形式的挤出聚苯乙烯（XPS）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）泡沫芯。结构化夹芯。在复合零件的生产过程中，蜂窝状结构填充有树脂，因此层内强度极高。 3D |将芯放置在两层玻璃纤维之间以创建预成型件，然后使用真空辅助树脂传递模塑（VA-RTM）工艺将其填充到热塑性环氧树脂中。科思创提供了其DisPErcoll粘合剂，用作纤维绒垫和3D打印后垫的粘合剂。根据Herrmann的说法，Dispercoll粘合剂的机械性能可确保良好的耐磨性，这非常重要，因为垫片和骨架之间的表面接触会导致垫片磨损。 “如果您使用单根纤维粗纱，将其放在织物中时，会在CFRP硬质部件和天鹅绒垫之间造成很小的运动，这会在座椅框架部件和织物之间产生摩擦，并最终破坏织物面料”赫尔曼解释道。传统的座椅通常具有较大的表面积来支撑坐垫，但使用xFK用3D技术制成的骨架结构具有较小的接触表面积。 Herrmann补充说：“当3D结构中的xFK驱动羊毛织物时，必须使用一种特殊且耐用的粘合剂，而这正是Dispercoll粘合剂所能提供的。”科思创还提供了世界上第一个3D打印坐垫。

尽管传统的靠背通常是用泡沫塑料模制而成的，但从美观，功能集成和舒适性方面考虑，由TPU制成的3D打印的靠背垫进一步增强了ULBS座椅。灵活性和适应性。未来的座椅ULBS项目实现了多个目标。该项目产生的概念尽管尚未投放市场，但有潜力服务于许多细分市场，例如超级跑车，空中出租车，超轻型汽车，微型汽车，直升机，多翼飞机和航空。不可否认的是，尽管ULBS项目比批量生产的汽车座椅贵，但它已经证明了多种减少浪费，从而降低材料成本的技术。与其他碳纤维技术相比，3D中的xFK产生的废物极少。实际上，整个项目旨在使用最少的资源和最少的必要材料。 ULBS还提供了使用可再生，可持续资源的可能性，例如在框架，坐垫和织物中使用天然纤维。更重要的是，该项目演示了公司如何通过简短而灵活的协作缩短新产品的上市时间。这也是使用设计思想成功地将产品从概念转变为硬件原型的一个很好的例子，它着眼于功能需求并关注未来的应用和可持续发展目标。