Herstellungsverfahren zum schnellen Prototyping von Musterteilen für die Innen- und Außenverkleidung von Kraftfahrzeugen

Abstrakt: Bevor formelle Formen für Innen- und Außenteile von Kraftfahrzeugen entwickelt werden, ist es in der Regel erforderlich, zunächst Schnellprototyp-Musterteile entsprechend der Designnummer der Form herzustellen, um sicherzustellen, dass die Teileform, die Ergonomie usw. den Designanforderungen entsprechen, um die installierte Form zu überprüfen Wirkung der entsprechenden Teile.In der Arbeit werden mehrere Methoden und Anwendungen zur Herstellung von Rapid-Prototyping-Prototypen beschrieben. Außerdem werden die Herstellungsmethoden für CNC-Werkzeugmaschinenteile, 3D-Drucktechnologie, Silikon- und Glasfaserformen sowie Reaktionsspritzguss ausführlich beschrieben.Durch die Verwendung von Rapid-Prototyping-Prototypen zum Laden und Überprüfen des Designs können Strukturfehler aufgrund lokaler Details vermieden, Entwicklungskosten gesenkt und der Teileentwicklungszyklus verkürzt werden.

Schlüsselwörter: Innen- und Außenverkleidungen für Kraftfahrzeuge;Rapid-Prototyping-Prototypen;3D-Drucktechnologie;Reaktionsspritzguss

Hintergrundanalyse

Außen- und Innenteile sind wichtige Bestandteile eines Autos.Zu den Außenteilen eines Autos gehören Teile wie vordere und hintere Stoßfängerverkleidungen, Spoiler und Seitenschweller;Innenteile sind Teile, die mit dem Innenraum des Fahrzeugs in Kontakt kommen, wie z. B. das Armaturenbrett, das Unterarmaturenbrett und die Türschutzvorrichtungen.

Dies liegt daran, dass die Innen- und Außenteile für das Erscheinungsbild und die Verwendung des Autos sehr wichtig sind und diese Teile größtenteils im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Der Grund dafür ist, dass die Formkonsistenz der Teile im Spritzgussverfahren besser ist und relativ komplexere Formen gebildet werden können Teile, hohe Produktionseffizienz, Teilepreise sind relativ günstig, der Nachteil besteht darin, dass die formellen Produktionsformpreise höher sind.

Um sicherzustellen, dass die tatsächlichen Teile den visuellen Designeffekt und die ergonomischen Anforderungen erfüllen und die Anforderungen der Montagestruktur erfüllen können, ist es daher erforderlich, vor der Entwicklung die Herstellung von Rapid Prototyping (RP)-Prototypen zur Überprüfung der Fahrzeuginstallation zu veranlassen Formale Formen und die installierten Teile können auch die Anforderungen an vorgefertigte Teile erfüllen, wie z. B. die Ankündigung des Modells.Der Einsatz von Rapid-Prototyping-Prototyp-Inspektionsdesignlösungen kann die Markteinführungszeit erheblich verkürzen, Entwicklungskosten senken und den Produktentwicklungszyklus verkürzen.

Derzeit sind die Mainstream-Rapid-Prototyping-Methoden für die Herstellung von Innen- und Außenteilen in der Automobilindustrie hauptsächlich in CNC-Bearbeitungsteile, 3D-Druck, Weichform (Silikonform und Glasfaserform), Reaktionsspritzguss (Reaction Injection Moulding, RIM) usw. unterteilt. , wobei der 3D-Druck die rasante Entwicklung der Methode in den letzten Jahren darstellt.Im Folgenden werden die Prinzipien und Anwendungsszenarien dieser Methoden beschrieben.

CNC-Bearbeitungsteile

Unter CNC-Bearbeitungsteilen versteht man im Allgemeinen die Verwendung von CNC-Werkzeugmaschinen und -Geräten direkt gemäß dem Konstruktionsplan zur Verarbeitung von Materialien wie ABS, Nylon und anderen Blockkunststoffkörpern in die erforderliche Form.Wenn die Größe des zu bearbeitenden Teils weniger als 300 mm beträgt und die Struktur einfach ist, wird es direkt in einem Arbeitsgang bearbeitet und geformt.Wenn die Struktur unregelmäßig geformt ist oder die Größe größer als 300 mm ist, wird das Teil im Allgemeinen in mehrere kleine Teile geteilt, die separat bearbeitet und dann zusammengefügt werden, um schließlich das Teil zu erhalten, das den Designanforderungen in der Größe entspricht.

Diese Methode zur Herstellung von Rapid-Prototyp-Teilen ist die früheste, mit relativ kurzen Verarbeitungszyklen und niedrigen Anschaffungspreisen und wird hauptsächlich für kleine und mittelgroße Teile mit relativ einfacher Struktur und geringer Nachfrage verwendet, wie z. B. Säulen, Unterinstrumententafeln und Türen Wachen.

Aufgrund der Form der Innen- und Außenteile des Autos werden die Teile normalerweise unregelmäßig rund oder quadratisch bearbeitet, wenn die Größe der Teile mehr als 300 mm beträgt, oder die Struktur weist eine unregelmäßige Form auf, wenn die direkte Verwendung eines Blocks erfolgt der Kunststoffverarbeitungsteile wird dies zu einem exponentiellen Kostenanstieg führen.

Daher werden bei der eigentlichen Herstellung unregelmäßig geformter Teile die Teile entsprechend den strukturellen Merkmalen in mehrere Teile unterteilt und anschließend grob bearbeitet, um die allgemeine Form zu erhalten. Anschließend werden die Teile jedes Teils mit speziellen Klebstoffen verklebt, um die Gesamtkontur zu bilden der Teile und schließlich zusammen für die Endbearbeitung, wodurch die Materialverschwendung aufgrund der Struktur der Teile effektiv reduziert und die Teilekosten gesenkt werden können.Der Nachteil besteht darin, dass auf der Rückseite der Teile zwischen den Teilen der Teile deutlichere Verbindungsspuren zu sehen sind, die Festigkeit der Verbindungsposition der Teile schlecht ist und es leicht zu Rissen kommt.

Abbildung 1 zeigt den durch CNC-Bearbeitung fertiggestellten Prototyp des Rapid Prototyping

3d Drucken

Bei der 3D-Drucktechnologie handelt es sich um eine Technologie zur Konstruktion von Objekten durch schichtweises Drucken auf der Grundlage digitaler Modelldateien und unter Verwendung von Klebematerialien wie Metallpulver oder Kunststoff.Die 3D-Drucktechnologie hat ein breites Anwendungsspektrum und die Herstellung von Rapid-Prototyp-Teilen ist einer der wichtigsten Anwendungsbereiche.Die durch 3D-Druck hergestellten Prototypenteile haben eine kürzere Zykluszeit und können den Druck geformter Strukturen realisieren, und die Gesamtmaßgenauigkeit kann entsprechend der tatsächlichen Nachfrage angepasst werden, um den unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Anlässe gerecht zu werden.Der allgemeine 3D-Druck kann die gleiche Bandbreite an Teilen herstellen, die mit CNC-Werkzeugmaschinen verarbeitet werden, und eignet sich für die schnelle Prototypenerstellung von Teilen wie Säulen, Unterinstrumententafeln und Türschutzvorrichtungen.

Die im 3D-Druck häufig verwendeten Kunststoffmaterialien sind ABS-ähnlicher Kunststoff, Nylon, Nylon plus Glasfaser und transparentes lichtempfindliches Harz usw. Die Vorteile von ABS-ähnlichem Kunststoff (Abbildung 2) sind der niedrige Stückpreis und die gute Formleistung, die für strukturelle Zwecke geeignet sind Teile mit geringen Festigkeitsanforderungen;Nylon hat eine gute Festigkeitsleistung und eine bessere Hitzebeständigkeit als ABS-ähnlicher Kunststoff, aber der Preis ist höher, und Nylon plus Glasfaser ist eine verbesserte Version der Leistung von gewöhnlichem Nylon, geeignet für höhere Festigkeitsanforderungen von Teilen;Lichtempfindliches Harz für den 3D-Druck, allgemein bekannt als UV-Harz, besteht hauptsächlich aus Polymermonomer und Vorpolymer, dem ein Fotoinitiator zugesetzt wird, und löst bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht einer bestimmten Wellenlänge (250–300 nm) sofort eine Polymerisationsreaktion aus, um den festen Zustand zu vervollständigen Umwandlung, Aushärtungsgeschwindigkeit des lichtempfindlichen Harzes, hohe Formgenauigkeit, gute Oberflächenwirkung, hohe mechanische Festigkeit (vergleichbar mit der Festigkeit von ABS-ähnlichem Material), geringer Geruch. Es bietet die Vorteile einer schnellen Aushärtung, einer hohen Formgenauigkeit, einer guten Oberflächenbeschaffenheit und einer hohen mechanischen Festigkeit (vergleichbar mit ABS-ähnlicher Festigkeit), geringer Geruch, hohe Vielseitigkeit und Lagerbeständigkeit.

Abbildung 2 3D-gedruckte ABS-ähnliche Kunststoffteile

Weiche Formen

Unter weichen Formen versteht man hauptsächlich Silikonformen und FRP-Formen.

Silikonformen werden im Allgemeinen mithilfe von CNC-Werkzeugmaschinen oder 3D-Druck entworfen, und dann werden die Teile für einen Schnelldrehprozess zur Herstellung der Formen verwendet.Dieser Produktionsprozess zeichnet sich durch kurze Zykluszeiten und niedrige Kosten aus und kann zur Produktherstellung Vakuuminjektions-, Druckinjektions- und Niederdruckinfusionsverfahren nutzen.Das Herstellungsverfahren für Silikonkautschukformen eignet sich für die Produktion kleinerer Serien (weniger als 100 Stück), die Anforderungen an die Materialfestigkeit und Maßhaltigkeit hochwertiger Produkte sowie die Produktleistung liegen nahe an herkömmlichem ABS-Kunststoff.

Der für die Formenherstellung verwendete Silikonkautschuk ist flüssiger Zweikomponenten-Silikonkautschuk, und je nach Gummizusammensetzung gibt es zwei Kategorien von kondensierten Formen und Additivformen [2].Im Allgemeinen ist die Scherfestigkeit von kondensiertem Silikon gering und es kann beim Formenbau leicht zerrissen werden. Daher eignet es sich für Teile mit einfacher Struktur und wenigen Verstärkungsstäben.Die mechanischen Eigenschaften und die Wärmealterungsbeständigkeit von Additivsilikon sind gut und es eignet sich für die Herstellung von Formen mit hohen relativen Maßanforderungen.

Gegenwärtig wird die Silikonformherstellung von Kleinserienteilen häufig bei der Probeproduktion von Innen- und Außenverkleidungsmustern in der Vorentwicklungsphase von Automobilen eingesetzt.Die am weitesten verbreiteten Teile sind kleine und mittelgroße Spritzgussstrukturteile wie Türschutzgitter, Säulen und Einstiegsleisten im Innenraum von Automobilen.

FRP (faserverstärkter Kunststoff) ist ein Verbundwerkstoff mit Glasfasern und deren Produkten (Glasgewebe, Klebeband, Filz, Garn usw.) als Verstärkungsmaterial und Kunstharz als Matrixmaterial [3], wie in Abbildung 3 dargestellt. Basierend Auf FRP-Material werden, ähnlich wie bei Silikonformen, FRP-Formen im Schnelldrehverfahren hergestellt und normalerweise für mittelgroße und große dekorative Teile mit einfacher Struktur verwendet, wie z. B. Autodachverkleidungen und Teppichverkleidungen.Die FRP-Form eignet sich für Teile, die im Formverfahren, Blisterformverfahren und Schaumformverfahren hergestellt werden.

Der allgemeine Produktionsprozess von FRP-Formen ist: Teilemodellierung → Bürstenmasterform → Bürstenkonvexform → Bürstenkonkavform → NC-Bearbeitung → Schweißformrahmen → Testform → lokale Korrektur → Abnahme.Normalerweise dauert der Entwicklungszyklus eines Paars FRP-Formen etwa eine Woche, und die Kosten betragen nur 1/10 der offiziellen Form, bei der es sich um eine kostengünstige Prototypenform mit kurzem Zyklus handelt.Diese Art der Formherstellungsmethode kann auch die Herstellungsanforderungen von Kleinserienprodukten (100 bis 1.000 Sätze) erfüllen.

Reaktionsspritzguss

Beim Reaktionsspritzgießen handelt es sich um ein Formverfahren, bei dem zwei oder mehr niedrigviskose Flüssigkeiten in einem bestimmten Verhältnis unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen gleichmäßig vermischt und dann sofort in eine geschlossene Form eingespritzt werden, wo sie weiter zu Kunststoffprodukten reagieren.Der Hauptunterschied zwischen Reaktionsspritzguss und normalem Spritzguss besteht darin, dass beim Reaktionsspritzguss einfache Geräte verwendet werden, die Form groß sein kann, die Festigkeit und Oberflächenqualität der Formteile gut ist und auch die Anforderungen der Kleinserienproduktion stabil erfüllt werden können Abmessungen und Dicke der Formteile können von 6 bis 25 mm variiert werden;Der Nachteil besteht darin, dass der Preis eines einzelnen Produkts hoch ist und es unmöglich ist, komplexe Strukturteile zu formen.

Reaktionsspritzgussformen werden im Vergleich zu herkömmlichen Spritzgussformen weniger für automatische Bewegungsstrukturen wie den schrägen oberen Auswurf und den Schieberabzug eingesetzt und können für Teile mit negativen Winkeln und Seitenlöchern nicht ordnungsgemäß hergestellt werden (sehr niedrige Effizienz).Reaktionsspritzguss wird üblicherweise bei der Herstellung großer Außenteile mit einfacher Struktur und Anforderungen an die Festigkeit eingesetzt, wie z. B. Abweiser, Schürzen und vordere Stoßstangen von Lastkraftwagen, und wird derzeit eher im Nutzfahrzeugbereich eingesetzt.