BIA-Brukerstyrt innovasjonsarena

Thermoplastic materials reinforced with short or long discontinuous fibres are increasingly being used in products having demands on mechanical strength, low weight, chemical resistance, high operating temperatures, dimensional tolerances and surface finish. Often these thermoplastic materials are used in applications where they replace metals or thermoset composites with continuous fibre reinforcement. The property requirements for such products are strict and material properties must be fully utilized in the design and dimensioning of products in question. Injection moulding is the main process for the manufacture of components in such materials. In order to utilize optimally the material properties the processing equipment, moulding tools and process conditions must be adapted and optimized. Today, product development is to a large extent based on trial and error with regard to design, material selection, technology solutions in the production tools and choice of process parameters. The main objective of this project is to reduce development time and cost in the complete chain going from the idea or concept stage all the way to the start of commercial production of a component in a reinforced material. In order to realize this goal, we have worked with the development of design guidelines and optimization of production parameters, and in addition developing experimental and numerical R&D tools. Within the project we have also investigated new possibilities for tailoring the reinforcement in injection moulded products by placing reinforcement locally and optimally in relation to the product's mechanical load requirements. An important prerequisite for coupling process parameters to local fibre orientation and mechanical properties is the ability to measure and predict local fibre orientation. We have concluded that micro X-ray computer tomography (µ-CT) is the best experimental technique to obtain experimental data on fibre orientation. We have therefore started work on this subject together with the University of Applied Sciences Upper Austria (UASUA) which has developed software to calculate fibre orientation and other parameters from µ-CT data. We started the project by conducting a survey of status related to current competence and design rules used by the various industry partners. In addition, we designed and produced a set of test tools for systematic studies of phenomena relevant to the production process and the quality of the finished product in addition to the quality of numerical tools for predicting the filling process and fibre orientation. A result obtained is that when the fibre content of the material gets high, then none of the existing programs that we have found, neither commercially available nor in academic institutions, are capable of predicting the filling process and the fibre orientation correctly. Based on the results obtained in the project, the industrial partners have introduced improvements in design and the production process. The competence developed in this project has contributed to several product improvements and in addition to the development of some completely new products, which already have been introduced into the marked.

Termoplastmaterialer med diskontinuerlig fiberforsterkning vinner stadig større innpass i produkter med høye krav til mekanisk styrke, lav vekt, kjemisk bestandighet, høye brukstemperaturer, dimensjonstoleranser og overflatefinish. Ofte erstatter disse te rmoplastkomposittene metaller eller herdeplastkompositter (med kontinuerlig fiberforsterkning). Kravene til produkter laget i disse materialene er strenge og materialenes spissede egenskaper må utnyttes fullt ut ved design og dimensjonering av det aktue lle produktet. Sprøytestøping er den dominerende prosessen for fabrikasjon av slike termoplastkompositter. For å utnytte materialegenskapene optimalt må prosesseringsutstyr, formverktøy og prosessbetingelser tilpasses og optimaliseres. Selv om slike mate rialer ikke er nye på markedet, er det fortsatt mange utfordringer og ukjente faktorer i forbindelse med utvikling og produksjon av komponenter i disse materialene. Dagens situasjon er derfor preget av en stor grad av prøving og feiling i utviklingsproses sen, samt problemer i selve produksjonsprosessen. Dette igjen fører til for mye vrakproduksjon. I tillegg kan feil valg av materiale, uheldig utformet produksjonsverktøy eller ikke-optimale prosessparametre føre til svakheter slik at produkter feiler ved montering eller i bruk. Hovedmålet med dette prosjektet er å redusere utviklingstid/kostnader fra idé- eller konseptstadiet til man er i gang med lønnsom produksjon av en komponent i et forsterket materiale. Får å realisere dette målet vil vi utvikle et sett med design- og produksjonsprotokoller i tillegg til eksperimentelle og numeriske hjelpemidler. Prosjektet skal også utvikle nye innovative sprøytestøpebaserte prosesser med ulike former for lokal forsterkning, d.v.s. metoder for å plassere forsterkn ing optimalt i forhold til produktets mekaniske belastning.