Effektiv utvikling av sprøytestøpte forsterkede plastprodukter -- Fra idé til lønnsom produksjon i et konkurranseutsatt marked

Termoplastmaterialer med diskontinuerlige fiberforsterkning vinner stadig større innpass i produkter som stiller store krav til mekanisk styrke, lav vekt, kjemisk bestandighet, høye brukstemperaturer, dimensjonstoleranser og overflatefinish. Ofte erstatter disse termoplastkomposittene 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 aktuelle produktet. Sprøytestøping er den dominerende prosessen for fabrikasjon av komponenter i slike materialer. For å utnytte materialegenskapene optimalt må prosesseringsutstyr, formverktøy og prosessbetingelser tilpasses og optimaliseres. Dagens utviklingsprosess er i stor grad preget av prøving og feiling med hensyn til design, materialvalg, utforming og teknologiske løsninger i produksjonsverktøyet, og valg av prosessparametere. Hovedmålsettingen 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. For å realisere dette målet har vi jobbet med utvikling av design guidelines og optimalisering av produksjonsparametere, i tillegg til utvikling av eksperimentelle og numeriske hjelpemidler. I prosjektet har vi også utforsket nye muligheter for å skreddersy forsterkning i sprøytestøpte produkter, gjennom å plassere forsterkninger lokalt og optimalt i forhold til produktets mekaniske belastninger. En viktig forutsetning for å koble produksjonsparametere i støpeprosessen med lokal fiberorientering og mekaniske egenskaper er å kunne måle og predikere lokal fiberorientering. Vi har konkludert med at mikro røntgen computer tomografi er (µ-CT) den beste eksperimentelle teknikken for å få eksperimentelle data om fiberorientering. Vi har derfor innledet et forskningssamarbeid på dette temaet med University of Applied Sciences Upper Austria (UAS UA), som bl.a. har utviklet programvare for å beregne fiberorientering fra µ-CT data. I prosjektet startet vi med å gjennomføre en kartlegging av dagens kompetanse og designregler hos de ulike industripartnerne. I tillegg ble det designet og produsert et sett med testverktøy for systematiske studier av fenomener som er relevante for produksjonsprosessen og kvaliteten til det ferdige produkt, samt kvaliteten av numeriske verktøy for å predikere fylleprosess og fiberorientering. Et resultat er at når fiberinnholdet blir høyt, så er ingen beregningsprogram som vi har kommet over i dag, hverken kommersielle eller akademiske, i stand til å fange opp korrekt fyllingsforløp og fiberorientering. Basert på resultatene oppnådd i prosjektet har industripartnerne innført forbedringer i design og produksjonsprosess. Kompetansen utviklet i dette prosjektet har bidratt til flere produktforbedringer samt utvikling av flere helt nye produkter som alt har blitt introdusert i sine respektive markeder

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.