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國際知名復合材料研究中心和大學介紹(十三)亞琛工業大學輕量化集成生產中心(AZL)
發布日期:2019-04-27  來源:中國國際復合材料展覽會  瀏覽次數:264
 
  一、概況
  亞琛工業大學的亞琛綜合輕量化集成生產中心(AZL,網址:http://www.azl.rwth-aachen.de/en/)成立于2012年。中心由工業塑料加工與技術工藝學院(IKV,網址:https://www.ikv-aachen.de/en/)院長Christian Hopmann教授,以及亞琛工業大學機床與生產實驗室(WZL)教授、弗勞恩霍夫生產技術研究所工業機械部主任Christian Brecher教授共同創立。為了實現輕質構件,尤其是多材料系統部件的批量化生產,位于亞琛工業大學Melaten校區的AZL研發中心,將與相關合作機構共同研發能夠進行連續生產的工藝鏈。

  目標:
  亞琛輕量化集成生產中心將開展材料科學和生產技術之間嚴謹的跨學科合作,力求能夠批量化生產輕質構件。
  亞琛工業大學的Melaten校區具備工藝鏈中所需的全部設施。700多名科學家在此校區從事生產技術、輕質材料及其應用等方面的工作。亞琛工業大學除了擁有卓越的生產技術外,輕質構件的設計與整合能力也是獨一無二的。
  1.1   AZL的設施
  通過擴建合作機構現有加工園而建造的加工大廳,擁有生產玻璃鋼/多材料構件的完整大型設備:
  *復合材料壓力機
  *注塑/熱成型機
  *自動化系統
  *抓取、搬運的機器人系統
  人員編制
  *科學家
  *技術員
  *設計師
  1.2   AZL的服務
  研發全方位的批量化生產技術:
  *熱塑性系統
  *熱固性系統
  *多材料系統
  復合材料研究院
  *面向工程的人員教育:技術人員、實驗室工作人員、工程師、經理
       *研討會
       *卓越的銷售和營銷
  咨詢服務
  *市場和技術研究
  *技術轉讓
  *標桿管理
  *創新管理

  1.3教授

  Christian Hopmann教授
  亞琛工業塑料加工與技術工藝學院院長
  贊助商協會常務董事
  亞琛機械工程學院塑料加工首席教授
  
簡歷
  1968年出生,目前在德國亞琛工業大學從事機械工程塑料加工領域方面的研究。
  1996年,Hopmann在Eh Walter Michaeli教授的指導下,完成陶瓷注射成型畢業論文并獲得工學博士學位。
  1996年——1999年,在德國亞琛工業大學IKV塑料加工研究所擔任研究員.
        2000年擔任零件設計與材料技術部門主任。
  2001年——2004年,任總工程師,研究中心高級副主任。
  2005年,Hopmann在頂尖的高品質聚乙烯和聚丙烯薄膜、無紡布和織物制造商RKW AG Rheinische Kunststoffwerke(今天:RKW SE)開始了其企業生涯,在位于德國南部Petersaurach的RKW工廠擔任質量主管。
  2006年——2009年底,擔任擠出成型部門的主管,負責生產用于衛生、消費品包裝和工業應用的聚烯烴薄膜。在此期間,為了提高管理能力,參加了瑞士洛桑國際管理發展研究所的執行發展計劃。
  2010年1月——2011年4月,擔任瑞典赫爾辛堡RKW Sweden AB的常務董事。
  自2011年4月以來,Hopmann一直擔任亞琛工業大學工業塑料加工與技術工藝學院院長,并擔任IKV贊助商協會常務董事,亞琛工業大學機械工程學院塑料加工方向的首席教授。
  2012年1月,Hopman與亞琛工業大學機床與生產工程實驗室(WZL)主任
       Christian Brecher教授一起成立了亞琛輕量化集成生產中心(AZL)。


  Christian Brecher教授
  亞琛機床與生產工程實驗室教授
  弗勞恩霍夫生產技術研究所生產機械部主任

簡歷
  1995年至2001年,機床和生產工程實驗室(WZL)博士;機械調研團隊主管;機械技術部總工程師。
  2001年,在德國著名的DS Technologie Werkzeugmaschinenbau公司任機械設計部總監。
  2001年至2002年,任DS Technologie Werkzeugmaschinenbau 公司的機械設計和機器研發總監。
  2002年至2003年,在DS Technologie Werkzeugmaschinenbau 公司任機械設計部總監。
  2004年至今,任亞琛工業大學機床與生產實驗室(WZL)教授;亞琛弗勞恩霍夫生產技術研究所(IPT)董事會成員。
  學術經歷:
  2002年亞琛工業大學博士(博士);
  1990年至1995年:亞琛工業大學機械工程(生產工程)。
  
       二、合作機構
  亞琛工業大學工業塑料技術工藝加工研究所(IKV)
       亞琛工業大學機床與生產實驗室(WZL)
       弗勞恩霍夫生產技術研究所(IPT)
  亞琛工業大學汽車工程學院(IKA)
  亞琛工業大學輕量化設計研究所(ILB)
  亞琛工業大學紡織技術研究所(ITA)
  弗勞恩霍夫激光技術研究所(ILT)
  亞琛工業大學焊接與連接研究所(ISF)
  
       三、AZL研究課題
  AZL研究中心著重研發規?;p質復合材料的連續生產工藝鏈,以及研發和生產最佳的多材料系統。在這領域,專注于:
  *操作系統與自動化技術
       *工裝和模具的設計和制造
  *多材料系統的加工和連接技術
  *連續生產的工藝鏈及其制品質量控制
  3.1工藝鏈開發與驗證
  AZL的工藝鏈研發集成了不同的材料及生產技術,例如塑料和紡織工程技術、工裝和模具技術以及自動化處理技術。如何在控制成本、時間和質量的前提下,生產出多種材料復合的構件(例如金屬-FRP復合材料),需要不同機構和學科的合作——這是AZL的核心原則。
  3.2操作及自動化技術
  材料的精確加工、精準定位、半成品以及部件是多材料系統生產的關鍵技術。由于采用創新的測試方法,AZL將在工藝鏈研發過程中遇到了如靜電夾持(Fraunhofer IPT)或3D測量技術(機床和生產工程實驗室)等挑戰。工藝的重點在于系統的集成,實驗室亟需引入新的高效操作和定位系統。
  3.3工裝與模具
  混合構件的生產對工裝和模具設計是新的挑戰。部分研究內容如下:
  摩擦學、觸覺、光量子學、機械以及化學表面特性新的密封概念預防污染
  變溫加工
  集成傳感器系統
  這一方向需要多學科研究機構的研究與開發。
  相當于合作機構的集成,為各學科的技術提供一個良好有序的交叉融合空間。AZL在連續工藝鏈的基礎上與工業相結合,進一步開發用于多材料系統的生產技術。
  3.4多材料系統的加工和連接技術
  纖維增強塑料在成本和性能方面的潛力將通過與其他材料的復合來實現。GFRP / CFRP、金屬、短纖維、長纖維和連續纖維增強塑料以及泡沫和蜂窩結構的復合是近年來研究和開發的熱點。生產這些混合材料系統需要特殊的連接技術(例如粘接、鉚接、塑料焊接)。
  現代用于不同材料的連接加工技術,例如機器人、激光技術或現代模塑工藝,正在幫助人們探索創新產品設計,新的工藝以促進現有技術的發展。
  這些技術在亞琛大學的各個研究所進行專業研發,并應用于AZL的工藝鏈中進行測試。AZL站在全局的角度看待問題:整合工藝鏈上游與下游的各個流程中并研究集成在一起的技術,而非孤立考慮。
  3.5持續的質量和流程控制
  在高質量構件生產中縮短生產周期和加工時間是工藝鏈新的挑戰。
  為了把握測試技術集成的趨勢,AZL,WZL和Fraunhofer IPT的科學家將完善測試技術和實施測量技術創新,所有的現代測量方案如下:
  *在線(生產線)
  *原位(加工過程)
  *加工過程中的測量工具(測量處理操作的物理參數,例如振蕩、溫度、力等)
       *根據適應性來研究不同情景下測量技術的集成
       
       四、業務細分
  輕質、高度穩定、耐腐蝕的材料在各個經濟領域中都起著至關重要的作用,尤其在運輸、航空、能源、石油、水和天然氣、機械工業和廠區建設、運動和休閑等領域。
  AZL通過學科交叉融合來探索輕量化結構的問題,在協同方面具有獨一無二的潛力——因為生產過程或工藝鏈中的某些經濟方面的專業知識可以傳授給其他部門。這使得研究成果成倍增加,對合作伙伴來說極其有益。當然,AZL有著專業的保密協議對開發工藝和技術進行知識產權保護。
       4.1汽車和運輸

  汽車行業正想方設法地降低車輛質量以減少燃油消耗和二氧化碳排放量。許多汽車制造商(如寶馬集團或奧迪股份公司)力圖將傳統材料(如鋼或鋁)換為新型輕質材料(如纖維增強塑料(FRP))。主要研究和開發結構件:如車身、外部(車頂、翼子板、引擎蓋)、車輛內部構件(例如輕型座椅或閥門)以及移動部件:如驅動軸、發動機部件、底盤或輪轂。
  研究項目的靈感和方案通常來自汽車和交通運輸部門、中型供應商和相類似的專業機構,如汽車工程研究所(IKA)。AZL為其合作伙伴提供項目合作研究的機會,重點是輕量化生產技術的完整產業鏈。
  4.2航天

  航空工業一直不懈追求輕質高強材料。油價的持續上漲迫使航空公司通過開發更輕的設計來節省燃料,使其對輕質高強結構需求進一步增加。波音B787和空客A350中碳纖維增強塑料(CFRP)的用量達到了到飛機結構重量的50%,便是一個很好的例子。
  完整的機身結構、機翼和次承力結構,如內部結構和葉片或螺旋槳等都在輕量化范圍之內。創新的材料組合可以繼續減少這些結構的重量同時提高強度和耐腐蝕性,一體化結構可簡化裝配。
  4.3能源工程部門

  在能源與動力工程中,輕質結構具有兩個主要優點:提高機器的能量效率和實現諸如風力渦輪機中的長翼型的新設計。實現上述輕質結構要求材料具備高動態負載能力、耐化學性和更長的使用壽命。
  通過整合AZL塑料工程、自動化和連接領域的專業知識,來實現新的制造工藝和工藝鏈,這是經濟制造創新輕質產品的必經途徑。
  4.4石油與天然氣工藝工程

  即使在石油和天然氣生產中,復合材料也變得越來越重要:由于極高的輸送壓力和鉆井深度的增加,大量的油氣必須在海面下以及海面上運輸。因此,這一領域對材料和部件的要求與許多輕質材料的特性一致。
  石油與天然氣工程要求材料具有良好的耐化學性(腐蝕)和高比強度(輕質輸送線的壓力穩定性)。只有依靠輕質材料的卓越性能,才有可能開采海底深層的石油。
  4.5機械與設備工程

  包裝,機械加工或紡織等行業正在通過較輕的材料(減小慣性)并結合更高的剛度和更大的阻尼系數來進一步改善加工過程中的動態特性——如振動和加速度。
  為了提高工廠工作效率,生產技術領域的許多研究已開始探索具有成本效益和輕質高強的機器部件。因為AZL與機床實驗室(WZL)和弗勞恩霍夫生產技術研究所(IPT)等機構的密切合作,可以接觸到了解特殊工程問題和挑戰的科學家。
  4.6消費類產品,體育,休閑

  對于這個行業,輕質材料的各種應用如滑雪板,網球拍,船舶和沖浪板等不勝枚舉。
  過去許多輕量化制造工藝根據不同產品的需求而研發,使得制備工藝非常多樣化?,F在,這些工藝過程正變得更加經濟和環保。在這個行業中使用輕質材料,主要原因是其優異的力學性能,如高比強度,以及設計自由度高和時尚的風格。
  4.7建筑業

  建筑業輕質和耐久性材料以多種方式應用。主結構、天花板、墻壁、可移動的遮蔽物、隔斷墻、隔音型材或簡單的管材均有涉獵。
  同時承載能力高和重量輕是輕質材料在這一領域中得以應用的主要原因。尺寸穩定性、良好的隔音性、可回收性或耐腐蝕性等功能進一步擴大了其用途。
  
       五、新聞
  亞琛工業大學AZL中心新的恩格爾注塑系統
  亞琛集成輕量化生產中心(AZL)正在其技術部門安裝新的恩格爾注塑系統。恩格爾德國有限公司——與奧地利恩格爾輕量化復合材料技術中心合作——將在2019年安裝帶有轉向板和17,000 kN鎖模力的雙組分注塑系統。這一裝置是高效在線集成技術進一步發展的基礎——不同類型聚合物的注塑。
  恩格爾注塑系統將創新集成已有的纖維增強塑料(FRP)工藝和研發獨特的新工藝,重點提高輕量化生產的資源利用效率。輕量化部件批量化生產的關鍵,是通過新設備、新研發、優化材料的使用方案,其中涉及多材料系統、連續生產工藝、工藝鏈以及自我優化工藝。
  功能化CFRP輕質結構項目BMBF“OPTO-Light”成功結題閉幕活動:利用激光加工不同塑料制備輕質CFRP
        這一項目成功開發了一種新的用于汽車車身的材料,這一材料通過非粘接工藝將環氧CFRP與熱塑性纖維增強塑料結合在一起,能夠在2分鐘的循環周期內連續生產。項目的合作伙伴是BMW AG,KraussMaffei Technologies GmbH,ARGES GmbH,Precitec GmbH&Co。KG,Sensortherm GmbH和Zeiss Optotechnik GmbH。
  該項目分析了集成生產中不同工藝路線(有/無連接預處理)的潛力。首次用傳統注塑機(HPCM)進行預浸料壓縮成型,顯著提高了塑料行業環氧CFRP的加工潛力。
  AZL及其項目合作伙伴憑借這一項目成果和新工藝獲得了2017年AVK創新獎。
  該項目始于2014年,采用光量子子工藝(如激光加熱、激光升華)將不同的FRP(熱固性與熱塑性塑料結合)制成輕質部件,首個一體化制造單元實現了規?;a。這一工藝在高度集成的制造單元上進行,最后應用于BMW i3汽車演示驗證件。

  OPTO-Light 工藝鏈

  寶馬車殼

  2014年3月21日,慕尼黑KraussMaffei Technologies舉行的啟動會議的與會者
       
       RWTH:聯合項目“Light Weight Tank Mat”
  項目的總體目標是顯著降低汽車用塑料油箱的重量。為此,開發了一種基于熱塑性纖維增強塑料的新型輕質材料。
  目前,對所需的產品性能,例如增加其高溫下的剛度或改善低溫下碰撞性能,只有通過增加材料的用量來實現。隨著人們環保意識的提高以及為了減輕全球變暖而越來越嚴格的汽車二氧化碳排放限制,汽車制造商需要開發新概念油箱。Light Weight Tank Mat項目,分析并利用了新材料的潛力,逐步優化了工藝技術和模擬研究。項目將重點研究材料的應用和工藝概念的實施,以確保及時將成果轉化為實際生產。
  該項目由Europ?ischen Fonds für regionale Entwicklung(EFRE)資助。
  
       七、大事記
  *JEC2014展會:創新預浸帶鋪放頭被評為最佳工藝創新
  *2014年Hopmann教授獲得NRW創新獎(IKV,AZL)
  *舒勒公司與AZL(亞琛綜合輕量化生產中心)之間的戰略聯盟
       *熱塑性和熱固性復合材料頂級供應商TenCate Advanced Composites繼續與AZL合作
       *兩次SAMPE-創新獎
        在第20屆全國研討會上,SAMPE Deutschland eV首次將獎項頒發給一個研究所--IKV

       2014年IKV獲兩項SAMPE創新獎
 
 
 
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