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《欧洲FIBRESHIP计划使用复合材料建造未来船只》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： mall
  • 发布时间：2017-08-03

  • FIBRESHIP研究计划（2017.6.1—2020.5.31）希望用纤维增强聚合物材料（FRP）替换钢材，寻求未来在大型船只建造业上的革新。

    目前，船长小于50m的游船、帆船、渡轮、巡逻船、搜救船只已经采用复合材料代替传统的钢材建造，但是超过50m长度的大船的建造至今仍使用钢材。因此，FIBRESHIP项目旨在突破目前传统造船业的技术瓶颈，推动复合材料在欧洲造船业中的使用。该项目针对未来超过50m长的轻型商业船只、客轮、货轮和大洋船只，目前是欧盟最大的创新型项目之一，欧盟为此投入了1100万欧元，其中900万欧元来自欧盟的地平线2020计划（Horizon 2020 Programme，H2020）。

    FIBRESHIP项目涉及18家欧洲船舶和造船业的国际机构和公司，分别来自塞浦路斯、丹麦、芬兰、法国、英国、希腊、匈牙利、爱尔兰、意大利、罗马尼亚和西班牙等11个国家。爱尔兰利默里克大学（UL）和爱尔兰复合物材料中心的AnthonyComer博士（UL首席研究员）和IoannisManolakis博士（UL助理研究员和项目经理）是该项目复合材料方面的专家顾问。

    Comer博士说：“欧洲在世界造船业的领导地位是建立在它对科学、技术的创新和高附加值产品的输送上的。事实上，欧洲新造个人和商业船只数量一直保持全球领先。FIBRESHIP项目也将成为第一个将复合材料全面用于大型船只建造的项目。”

    Manolakis博士补充道：“可以预见，爱尔兰海洋经济将直接从FIBRESHIP项目实现大船轻型复合材料使用的创新中获益，同时也将带动船舶燃料、货物、乘客载重和环境方面的发展。其他已有产业（如海洋造船业）和新兴产业（如海洋可再生能源业）也将受到积极影响。”

    爱尔兰复合物材料中心主任TerryMcGrail博士说：“这是我们中心与UL的巨大成功，也是一个绝好的机会将已经成熟的复合材料知识和技术，尤其是UL和爱尔兰复合物材料中心的技术运用到新的产业比如造船业中去。”

    （罗维 编译）

  • 原文来源：http://cordis.europa.eu/news/rcn/141504_en.html
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  • 《揭密欧洲最新碳纤维复合材料汽车部件开发项目MAI Skelett》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-04-25
    • 德国碳纤维复合材料联盟（Carbon Composites e.V.，CCeV）是一家由企业和研究所组成的联合机构，其成员遍布高性能纤维增强复合材料的整条产业链。该联盟下设多个分支机构，MAI Carbon是其中之一。2012年1月19日经独立评审团评审，MAI Carbon通过了德国联邦教育及研究部（BMBF）前沿技术产业集群的第三轮选拔，成为五大前沿技术产业集群之一，位于慕尼黑、奥格斯堡和英戈尔施塔特三角区，计划到2020年形成碳纤维复合材料的规模化产业集群。为了实现这一目标，MAI Carbon成员企业开展的联合研发项目围绕复合材料部件全生命周期，内容涉及树脂纤维原材料、零部件制造及材料回收等全产业链各环节。 MAI Carbon机构由奥迪、宝马、Premium Aerotec、空客直升机、Voith、SGL，以及IHK Swabia、德国碳纤维复合材料研究所（LCC）、慕尼黑工业大学等创立，目前拥有超过120家会员单位。2012年以来，该机构成员间的联合研发项目多达39项，资助金额从几十万欧元到几百万欧元不等。 今天，小编带您了解一下MAI Carbon一项名为“MAI Skelett”的示范项目。该项目是复合材料制造商在寻求降低部件成本道路上的一次全新尝试。研究者通过不断努力，混合使用多种材料，将“合适的材料用于合适的部位”，同时最大程度地满足了规模生产对自动化和功能一体化的需求。 项目简介 MAI Skelett项目获得了德国联邦教育及研究部（BMBF）190万欧元的资助，为期17个月，由宝马公司主持实施，合作企业包括P+Z Engineering公司、SGL Automotive Carbon Fibers公司、CirComp公司和Eckerle公司。该项目针对挡风玻璃上方、两个A柱之间的挡风玻璃横向框架结构开展研发工作，并形成产品和工艺示范。其设计以现有的宝马i3车型为基础，遵从该车型设计的所有功能和结构要求。目标部件不仅是车顶横向框架结构件，提供了良好的刚度（能够有效降低NVH：噪音、振动和粗糙度）、强度（帮助车顶件在压缩实验中满足撞击要求），同时可用于遮阳板、装饰件、照明线等内饰件的固定，以及为挡风玻璃、天窗和车顶外面板提供连接支持。 该项目首次提出“骨架”设计理念，采用单向碳纤维增强复合材料及拉挤成型工艺，经热成型-复合模塑（overmolding）两步法，在75秒内生产出结构件，超越了前期各版本部件的工艺要求，实现了热塑性复合材料在白车身结构中的规模化应用。另外，该项目提高了白车身部件的残余应力，将其断裂方式从脆性断裂变为韧性断裂，从而改善了部件的碰撞行为。采用“骨架”设计的挡风玻璃框架弯折处有4根单向碳纤维增强复合材料拉挤棒，经复合模压工艺封装于部件内。4根拉挤棒中 ，两根靠近零件底部，两根靠近顶部，不在同一平面内，便于为部件提供扭转刚度和复杂形状的功能附件。 材料选择 项目采用价格相对较低的大丝束碳纤维为增强材料。由于50k大丝束碳纤维单丝排列紧密，树脂浸润非常困难。因此，需要结合纤维展宽技术对纤维导向进行优化，才能达到理想的预浸效果，同时保证了50%左右的高纤维体积含量。SGL掌握了这一技术，并将拉挤型材列入了其“热塑性产品备选箱”。 除了增强纤维，项目同样考察了不同种类的PA6树脂，以确保其粘度和流变特性能够对拉挤速率和产品质量进行优化。SGL的“热塑性产品备选箱”为项目提供了多种备选材料，包括碳纤维单向带、有机板、不同长度的短切纤维，以及单向碳纤维增强拉挤件。以上材料均采用SIGRAFIL 50k 碳纤维，以及适用于聚丙烯、聚酰胺等热塑性树脂基体的上浆剂。而聚酰胺类热塑性树脂的种类很多，包括PA6、PA66、PA12以及PPA中的部分类型都可以作为候选材料。有些PA6甚至可以在模压过程中通过反应原位获得。 热成型和复合模塑工艺 MAI Skelett项目最初选用的材料体系为碳纤维增强PA6复合材料。随后，研究人员对材料组分进行了调整，使材料能够适应部件形状及不同部位承载载荷的需要。选择热成型工艺主要考虑了碳纤维需在尽量直的情况下才能表现出高强度和高刚度，因此，拉挤棒材在树脂基体流动方向上被拉伸，其端头则进行弯折和展宽处理。 第二步，需将热成型后的拉挤棒材置于红外加热器之下，并在50秒内将其加热至指定温度，随后用机械臂将其转移至注塑模具中。短切纤维树脂糊经复合模塑工艺注塑于型材之上或其周围。复合模塑环节对模具和工艺过程的精度要求极高，这样方能确保热压后的拉挤棒材位置保持不变。 拉挤棒材热成型和复合模塑两步工艺的总周期约为75秒。由于热塑性树脂基体能够在复合模塑工艺之前重熔，因此，热压处理后的拉挤棒材能够在极短时间内完成部件的最终塑形 ，并与二次注塑材料连接为一体。热塑性树脂的这一特点甚至可使其与金属部件形成连接。同时，热塑性树脂基复合材料的热成型和注塑工艺同样能够获得产品质量的一致性和工艺过程的可控性，这对于规模化生产至关重要。 韧性断裂 能与玻璃纤维和碳纤维树脂糊相容的PPA和PA6树脂基拉挤型材部件韧性更佳，断裂模式也为韧性断裂。尽管韧性断裂模式的获得损失了挡风玻璃框架所能传递的部分载荷，但这却显著提高了白车身的结构完整性和综合使用性能。 尽管在项目结题报告中，宝马公司并未具体指出其倾向的材料组合，但报告总结称，最终的模拟和测试结果表明，“骨架”结构超越了单纯的碳纤维增强复合材料部件除扭转刚度以外所有的性能指标，而扭转刚度对于挡风玻璃框架来说并非关键数据。与普通的碳纤维复合材料部件相比，“骨架”结构部件碰撞过程的载荷水平和能量吸收水平都更为优异。同时，该部件具有韧性断裂模式，不但进一步提高了复合材料结构的碰撞断裂性能，还明确了其断裂行为与白车身整体结构间的关系。 “骨架”设计的未来应用 在结题报告中，宝马公司称将“骨架”设计理念应用于另外6个汽车部件时，同样能够显著降低生产成本、原材料成本和工装成本。SGL公司也建议将该技术应用于汽车及航空座椅、仪表盘、机器手臂、X光工作台等领域。 对“骨架”设计理念的研究并未止步，在随后开展的研发项目MAI Multiskelett中，该设计方法被扩展到了多轴向应力部件，重点研究了轴承部件和拉挤型材的连接部分，特别是有多条载荷路径交叉的大型结构件。此处暂不赘述。 “骨架”理念设计的挡风玻璃横向框架结构件，采用拉挤工艺和复合模塑工艺，有效缩短了工艺周期、减少了材料浪费，诠释了碳纤维在单向载荷结构件上的有效利用方式，是下一代碳纤维增强复合材料设计和规模化生产的典型示范。同时，将其他部件产生的碳纤维边角料用于制作复合模塑工艺所需的树脂糊，能够有效提高部件的功能性和使用性能，是提高复合材料可持续性的有效方法。
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  • 《3D打印复合材料近期大事记》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-03-12
    • 3D打印市场正在蓬勃发展，其增长率达到两位数。数据表明，到2026年全球用于3D打印的复合材料收入将超过5亿美元，未来十年内复合材料将成为3D打印主要的市场机遇。 去年底，工信部工业文化发展中心增材制造（3D打印）研究院新材料研究所正式成立；今年，赢创推出用于更高温度3D打印的新型聚合物粉末；法国开发世界上首个3D打印空心螺旋桨片……最近这一时期，还有哪些与复材相关的3D打印大事件？我们一起来看一看吧。 阿科玛携3D打印最新协作创新成果 亮相2019 TCT亚洲展 日前，阿科玛亮相上海亚洲3D打印、增材制造展览会（TCT Asia），展示其在先进材料领域的最新协作创新成果。这些先进材料覆盖所有主要3D打印技术，包括选择性激光烧结、熔融沉积制造和光固化。 “阿科玛3D打印解决方案”平台持续为增材制造领域研发世界领先的先进材料解决方案组合，同时展示其在整个3D生态系统中的创新合作网络。 " “阿科玛在用于主流3D打印工艺上的旗舰先进材料已有盛名，但这个不断发展的市场需要的不仅仅是材料。在整个产业链中建立核心战略合作伙伴关系并加以利用至关重要。其中协同是关键所在。此次展会我们带来的数项产品技术，凸显了创新公司互相协同合作可取得的成果。”Guillaume de Crevoisier，阿科玛3D打印全球业务总监表示。 阿科玛将展示其与Autodesk和Farsoon在高性能选择性激光烧结（SLS）制造领域的协作成果。这项成果集合了Autodesk最高水平的制造软件和Farsoon生产的先进硬件，并充分利用阿科玛Rilsan®聚酰胺11粉末的卓越强度和耐用性。 阿科玛旗下沙多玛业务单元将推出多项开拓性解决方案，这些解决方案也是与下游客户共同开发的。新型液态树脂产品具有低刺激性和低气味的特点，适用于高性能牙科应用，而其他新型创新产品则专为鞋底设计，具有更好的弹性和韧性。 针对亚洲珠宝市场的特殊需求，阿科玛推出全新N3xtDimension®铸造树脂，具有出色的熔体，并且在铸造过程后残留量极少。 赢创推出用于更高温度3D打印的 新型聚合物粉末 特种化学品公司赢创正积极开拓极具吸引力的3D打印市场，并开发了一种新型聚合物粉末。作为旗下聚酰胺6系列的新产品，该粉末适用于更高温度范围的应用需求，进一步扩展了赢创粉末型3D打印技术高性能材料产品系列。 赢创的新型聚酰胺粉末具有高机械强度以及优异的耐化学性和耐温性。其热变形温度（HDT B）约为195°C。此外，粉末材料的低吸水率（低于3％）使其脱颖而出，这一特性对3D打印材料的可加工性和打印出的3D组件的尺寸稳定性具有积极影响。 “适用于单个打印机并且能够应用于更高温度范围的新型、即用型材料助推3D打印行业向批量生产迈进了一步。”专注选择性激光烧结（SLS）的TPM 3D中国技术公司创始人兼董事长Mark Zhao说道。“我们看到对可应用于更高温度范围的3D打印解决方案的需求十分强烈，例如汽车和电子行业。因此，我们很高兴与赢创一起推出新型温度稳定性材料。” 赢创聚酰胺6系列中的新型聚合物粉末具有近乎圆形的晶粒形状，优异的流动性和应用性能，适用于所有粉末型3D打印技术。赢创的专利工艺被用于其马尔工厂生产高温材料。 法国开发世界上首个 3D打印空心螺旋桨片 去年，法国国防承包商海军集团（Naval Group）与法国工程学院南特中央理工学院（Centrale Nantes）合作开发了全球第一片全尺寸3D打印军用螺旋桨，今年两家继续合作，开发了世界上第一台3D打印空心螺旋桨片。RAMSSES（可持续和高效船舶先进材料解决方案的实现和演示）螺旋桨项目是欧洲H2020（欧洲工业数字化技术、欧洲数据基础设施、5G、下一代互联网等技术研究领域面临的挑战和未来研发计划）的一部分，由欧盟委员会资助，旨在利用3D打印等新技术来减少碳排放对环境的影响，进行大型海军舰艇的制造和运营。 " 使用电弧增材制造技术 (Wire and Arc Additive Manufacture, WAAM) ，该集团计划3D打印直径达6米的舰艇螺旋桨。本次生产的测试件为原型比例的三分之一，重约300千克，制作时间不到100小时。分析表明，相比传统工艺，全尺寸3D打印桨片可以减轻40％的重量！不仅需要更少的材料，更降低了发动机的负荷，可进一步降低燃料消耗并因此降低船舶的环境影响。 此外，Sirehna（Centrale Nantes衍生公司和Naval集团的子公司）对螺旋桨片设计进行了改进，提高了效率和耐用性，同时减少了对海洋动物产生负面影响的辐射噪音和振动。 RAMSSES项目螺旋组件事业部经理Patrice Vinot表示：“虽然增材制造在工业上越来越普遍，但复杂部件的编程和设计，如船用螺旋桨叶片，对我们海军集团的的团队和合作伙伴来说是一个巨大的挑战，这个新案例研究揭示了3D打印工艺过程的潜力，这意味着预计未来的螺旋桨将具有无与伦比的性能。参与RAMSSES等项目并协调我们的学术和行业合作伙伴网络，将使我们能够长期将3D打印引入造船厂。” 南特中央理工学院快速制造平台负责人，增材制造国际专家Jean-YvesHascoët教授解释说：“在快速制造平台上，过去35年来一直在开发增材制造。所有这些年的研究都是通过像RAMSSES这样的项目实现的，促使我们的技术真正转移到工业环境中。海军行业正在缓慢但肯定地采用3D打印，以确保未来的‘顺利航行’。” EAD工业级连续光纤CFAM Prime 3D打印机 入围JEC创新大奖 CFAM Prime 3D打印机是一种新的3D打印技术，它将颗粒挤压与预浸渍纤维细丝相结合，打印纤维增强热塑性组件。挤出机设计过程几乎所有的热塑性塑料(最高温度400℃)。 测试了各种热塑性塑料，如PETG、PP、PPS、ABS、PC、PB和PEEK，其中一些颗粒已经含有一定比例的短纤维。连续纤维预先浸渍了用于该应用的热塑性塑料。因此，CEAD生产自己的连续纤维长丝浸渍所需的热塑性塑料，很像目前使用的UD带。该打印头可将熔融的热塑性塑料与连续预浸渍纤维相结合，打印复合材料。 " 该程序是独一无二的，并获得了专利。这台机器不需要操作员也能运转24小时。全封闭，有闭环温度控制系统和专用冷却系统。这使得CFAM Prime成为一台专用的生产机器，并对打印对象的质量进行完全控制。 与传统的生产方法相比，使用CFAM给了设计者更多的设计自由。复杂的内部通道，复杂的曲率和安装和装配功能可以集成到一个设计。允许4 x 2x1.5m的体积，使得CFAM Prime对于低批量的大型复杂产品非常有利。该方法减少了生产步骤。在此过程中省去了昂贵的模具，并且由于该过程主要是自动化的，因此减少了人工成本。由于减少了工艺步骤，从而缩短了大型复杂产品的交货期。 这一创新被选为2019年JEC创新大奖3D打印类的入围作品。获奖名单将于2019年3月13日下午4时30分在JEC World 2019大会上公布。 Stratasys复合材料 亮相法国JEC 在即将举办的JEC展会上，Stratasys将展示其FDM和PolyJet技术在整个产品开发过程中的通用性，从全功能原型到工具应用和最终生产部件。参观者将能够看到来自不同行业的公司在生产操作中实施增材制造时所能享受的显著时间和成本效益。 Stratasys对高温材料的开发，以及FDM生产3D打印机产量的提高，使其能够在数小时或数天内制造出复杂的复合叠层，而不是像传统制造那样需要数周或数月的时间。 " 作为JEC World在“创新行星”领域的应用展示计划的一部分，Stratasys将展示一款Santa Cruz自行车，以及使用3D打印工具生产的许多碳纤维部件。通过使用Stratasys的FDM 3D打印技术，该公司能够比以往任何时候都更快地生产出功能完备的原型机，并以更快的速度迭代更多的设计，这大大简化了其整体设计流程。此外，该公司通过按需3D打印高性能复合材料工具，克服了传统工具在低批量复合产品生产中的局限性，从而大大加快了产品的交付时间，成本也大大降低。 Stratasys还展示FDM尼龙12CF令人印象深刻的机械性能如何使工程师能够探索从传统金属零件到3D打印塑料复合材料的过渡。这种填充碳纤维的热塑性塑料含有35%的切碎的碳纤维，它的强度足以取代金属，使设计师能够开发出更轻的功能设计。FDM尼龙12CF的高刚度重量比非常适合汽车、航空航天、休闲用品和工业制造部门的功能性能测试需求。 Fortify和DSM合作开发用于 3D打印的高性能复合材料 总部位于波士顿的先进制造公司Fortify与营养、健康和可持续生活的全球目标主导科学公司DSM宣布，他们将开发用于结构件3D打印的高性能复合材料。 此次合作将Fortify的数字复合材料制造（DCM）平台和光纤加工专业知识与帝斯曼在3D打印树脂和配方开发方面的应用知识相结合。他们将共同开发尖端的高性能复合材料，通过Fortify硬件进行分销。通过为3D打印部件带来强大的机械和温度特性，这些材料非常适用于众多市场中的各种应用：汽车、航空航天、电子、快速模具、夹具和夹具。 帝斯曼增材制造副总裁Hugo da Silva表示：“在帝斯曼增材制造业，我们相信与行业合作伙伴的合作是推动行业发展的关键，与Fortify合作，使我们能够开发用于DLP技术的高性能复合材料，使该技术适用于要求苛刻的应用中的功能部件。” 通过利用DCM，Fortify在硬件和纤维加工方面的专业知识和专业知识将立即提高DSM树脂的机械性能。此外，Fortify和DCM平台将成为帝斯曼3D打印材料的分销渠道。 大多数3D打印平台都是关闭的，将树脂的使用限制在3D打印机公司自己生产的树脂上。通过Fortify光纤平台，Fortify邀请供应商与Fortify材料科学家和工程师一起开发高性能树脂。合作伙伴可以正确利用复合材料的强大功能，而无需构建Fortify提供的内部专业知识。（来源：中国纤维复材网） 复合材料3D打印传感器 可检测水含量 由马德里自治大学（UAM）的Pilar Amo-Ochoa带领的西班牙-以色列科学家团队开发了一种多功能3D打印塑料复合传感器，能够检测微量水。 3D打印的材料是无毒的，在潮湿条件下颜色从紫色变为蓝色。 科学家Michael Wharmby解释说：“了解特定环境或材料中存在多少水是很重要的，例如，如果油中含有过多的水，则可能无法很好地润滑机器，如果燃油中含有过多的水，则可能无法正常燃烧。” 科学家的新型传感器材料是一种所谓的铜基配位聚合物，一种水分子与中心铜原子结合的化合物。他们使用Deutsches Elektronen-Synchrotron（DESY）光源PETRA III来分析加热时材料的变化。“将化合物加热到60摄氏度时，颜色从蓝色变为紫色，”Pilar Amo-Ochoa报道。将材料加热至60℃，除去与铜原子结合的水分子，最终引起颜色变化。 “这种变化可以通过将其置于空气中，将其置于水中，或将其置于含有微量水的溶剂中来逆转。” 在理解了这一点之后，我们能够对这种变化的物理模型进行建模，”马德里材料科学研究所（ICMM-CSIC）的JoséIgnacioMartínez解释道。然后科学家们将铜化合物混合成3D打印墨水，并在几种不同的形状下打印传感器，这些传感器在空气和水中进行测试。这些测试表明，3D打印物体对水的存在比对化合物本身更敏感。在溶剂中，打印传感器可在不到两分钟的时间内检测到0.3％至4％的水。 如果在无水溶剂中干燥或通过加热干燥，则材料变回紫色。详细的调查表明，即使在许多加热循环中材料也是稳定的，并且铜化合物均匀地分布在整个打印传感器中。此外，该材料在空气中在至少一年内是稳定的，并且在生物相关的pH范围内也是5至7。 “这项工作展示了第一个由无孔配位聚合物制成的3D打印复合材料，”共同作者马德里自治大学的FélixZamora说。“在功能性3D打印领域，它打开了使用这一大系列化合物的大门，这些化合物易于合成并具有有趣的磁性，导电性和光学性质。” 正如科学家在“Advanced Functional Materials”杂志上所写的那样，这一发展为新一代3D可打印功能材料的产生打开了大门。
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