Tape sandwich – większa stabilność przy mniejszej masie i niższych kosztach produkcji

ENGEL Mobility Days 2023 – w których jako partner uczestniczyła również firma KTM Technologies – odbywają się w połowie czerwca w Austrii i stoją pod hasłem zmiany i zrównoważonego rozwoju. Przez dwa dni eksperci branżowi będą omawiać rozwiązania dla przyszłości mobilności. Wśród nich znajdzie się światowa premiera: element siedziska motocyklowego wyprodukowany nową metodą tape sandwich. Efektem współpracy ENGEL i KTM Technologies przy tym wspólnym projekcie jest osiągnięcie większej sztywności przy jednocześnie bardziej kompaktowej budowie i mniejszej masie oraz połączenie jej z wyższą efektywnością kosztową. Nowa technologia kompozytów może być teraz stosowana również w przypadku innych projektów partnerskich.

Celem wspólnych prac rozwojowych było zaprojektowanie elementu siedziska motocyklowego, które zachowując te same właściwości byłoby bardziej kompaktowe i lżejsze. „Nasze pojazdy mają coraz więcej podzespołów elektronicznych, które potrzebują miejsca”, objaśnia wyzwanie Hans Lochner, lider zespołu materiałów i zastosowań w KTM Technologies w Anif, w kraju związkowym Salzburg. Elektryfikacja napędów, pozwala na zwiększenie obszaru operacyjnego OEM z jednośladów na cały sektor mobilności.

Aby oprócz zalet technicznych oferować wartość dodaną dla rynków masowych, potrzebne są wydajne kosztowo metody produkcji. ENGEL i KTM Technologies łączą w tym celu swoje kompetencje. ENGEL wnosi ekspercką wiedzę w dziedzinie technologii produkcji konstrukcji lekkich i industrializacji, a KTM Technologies odpowiada za projekt i prace technologiczne specyficzne dla produktu. Trzecim partnerem jest konstruktor form Feronyl z siedzibą w Belgii.

Dotychczas siedziska w motocyklach KTM były po prostu detalami wtryskowymi z termoplastu. Niezbędną sztywność uzyskuje się poprzez usztywnienie geometryczne, np. żebra, co prowadzi do relatywnie wysokiej grubości elementu sięgającej 9 mm. By zredukować niezbędną przestrzeń konstrukcyjną i uzyskać więcej miejsca dla elektroniki, KTM Technologies wzięło pod lupę materiały kompozytowe i technologie produkcyjne, by następnie razem z ENGEL stworzyć proces produkcyjny wyróżniający się efektywnością. Wynikiem tych prac jest technologia tape sandwich.

„W ramach procesu tape sandwich pracujemy z bardzo cienkimi, jednowarstwowymi materiałami usztywniającymi, takimi jak np. taśmy i tkaniny z matrycą polipropylenową, które bez wstępnego podgrzewania umieszcza się w obu gniazdach formy wtryskowej, zanim zostaną wypełnione polipropylenem”, wyjaśnia Franz Füreder, Vice President ENGEL ds. Automotive & Mobility w centrali w Schwertbergu, w Austrii. „Ze względu na specyficzne właściwości mechaniczne konstrukcji typu sandwich, w przypadku elementów siedzisk motocyklowych, już przy jednowarstwowej taśmie UD możemy uzyskać niezbędną sztywność. Dzięki temu metoda tape sandwich wymaga znacznie mniej energii i zaangażowania technologicznego niż standardowe metody przetwórstwa włókien kompozytowych. Pozwala to na znaczące ograniczenie kosztów produkcji”.

Wykonane w ramach prezentacji technologicznej elementy siedzisk, przy zachowaniu identycznej sztywności, można było zredukować z punktu widzenia wielkości konstrukcji o 66 procent i odpowiednio wagi o ok. 26 procent. „Nowa konstrukcja sandwich, w której włókna wzmacniające umieszczone są w możliwie największej odległości od włókien neutralnych, zapewnia maksymalną sztywność przy jednoczesnej minimalizacji liczby niezbędnych włókien”, mówi Lochner.

Kolejną zaletą konstrukcji typu sandwich jest to, że istnieje możliwość zastosowania standardowych termoplastów w częściach o znacznych obciążeniach mechanicznych, ponieważ parametry detalu warunkuje wyłącznie struktura taśmy. Dodatkowo zwiększa to efektywność kosztową.

W ramach projektu partnerzy przetestowali różne materiały wtryskowe – obok standardowego PP ze źródeł kopalnych również typy PP pochodzenia biologicznego i pozyskiwane z recyklingu. W odniesieniu do różnych kombinacji materiałów obliczano potencjał wpływu na globalne ocieplenie (Global Warming Potential, GWP). W porównaniu do produkcji seryjnej – siedziska uzyskiwanego w całości z polipropylenu z materiałów kopalnych – wykonane w technologii tape sandwich, przy zastosowaniu polipropylenu z materiałów kopalnych, wartość GWP spadła o 27 procent. Wartość tę osiągnięto wyłącznie poprzez redukcję materiału. Wykorzystując polipropylen ze źródeł odnawialnych, wartość GWP można obniżyć o 85 procent. Waga detalu została również zredukowana o 26 procent. Jest to możliwe, ponieważ już bardzo cienkie detale uzyskują wysoką sztywność.

Do redukcji gazów cieplarnianych dodatkowo w ujęciu ogólnym przyczynia się konsekwentne zastosowanie zasady jednolitych tworzyw sztucznych w . W połączeniu z taśmami z matrycą PP powstają detale, które na koniec okresu eksploatacji można poddawać recyklingowi. „Nowy projekt stanowi z punktu widzenia mobilności przyszłości niedrogie i zrównoważone rozwiązanie“, podkreśla Füreder.

W pierwszej fazie technologia tape sandwich będzie stosowana do komponentów motocykli z rodziny KTM. Dodatkowo ENGEL i KTM Technologies biorą pod uwagę wiele innych możliwości zastosowań dla konstrukcji lekkich, w najróżniejszych obszarach mobilności. Partnerzy projektu oferują metodę tape sandwich wspólnie, opracowując rozwiązania idealnie dostosowane pod każdą aplikację.

ENGEL i KTM Technologies wspólnie zorganizowali dwudniowe Mobility Days. To networkingowe wydarzenie gromadzi ponad 500 ekspertów, między innymi z branży motoryzacyjnej, mikromobilności oraz branży lotniczej i transportowej do Linzu i St. Valentin w Austrii. Najwyższej klasy program konferencji i innowacyjne eksponaty, sprzyjają międzybranżowej wymianie doświadczeń.