EUのComMUnionプロジェクト、軽量モビリティ向けハイブリッド金属-ポリマー複合材のコスト効率的製造を革新

近年、重量削減、ひいてはエネルギーと資源の節約の必要性から、モビリティおよび輸送分野における軽量部品の需要が急増しています。

鋼鉄と局所的に機能化された繊維強化プラスチックで構成されるハイブリッド部品は、高い機械的性能と低重量を両立します。このような構造をコスト効率よく大量生産するための製造プロセスへの需要が急速に高まっています。EUの研究プロジェクト「ComMUnion」では、ドイツ・アーヘンに拠点を置く2つのフラウンホーファー研究所（生産技術研究所IPTとレーザー技術研究所ILT）が、産業界、研究機関、学術界の14のパートナーと協力し、自動車および航空宇宙用途向けに金属とポリマーマトリックス複合材を組み合わせたハイブリッド軽量設計のための産業プロセスとソリューションを開発しています。

レーザーテクスチャリングとレーザーアシストテープ積層の組み合わせ

新しいハイブリッド製造プロセスは、レーザーテクスチャリングとレーザーアシストテープ積層の組み合わせに基づいています。まず、レーザーを使用して特別に開発された精密に定義された粗面構造を部品表面に形成します。このテクスチャリングされた表面により、後で補強材として使用される連続繊維強化熱可塑性軽量材料を、追加の前処理や接着促進剤（接着剤やボンディング剤）なしで、直接鋼部品に機械的に接合できます。

補強エレメントは、想定される荷重に特化して調整された繊維強化熱可塑性樹脂で作られ、テープ積層プロセスで部品に接合されます。レーザーが接合ゾーンにおいて熱可塑性テープを鋼に局所的に加熱し、マトリックス材料を溶かしてレーザーテクスチャリングで形成された空洞に流れ込ませます。溶融材料が凝固すると、埋め込まれた一方向繊維を含むテープが、鋼部品の粗面に密着します。

量産に適した統合プロセス

この2つのレーザープロセスの組み合わせの利点は、部品の機械的特性を局所的に向上させながら、重量を大幅に増やさない場合に特に顕著です。テープ積層後に材料を固化するための後処理工程（硬化工程など）が不要なため、量産に特に適しています。さらに、精密な局所加熱により、2材料の接合時の歪みと残留応力が低減されます。フラウンホーファーILTで開発されたレーザーテクスチャリングプロセスは、テクスチャが必要な箇所に再現性よく金属表面に適用でき、工具摩耗もありません。

最初のハイブリッド車体部品をデモンストレーターとして完成

研究パートナーは、概念実証としてプロセスの適用可能性を検証するため、高張力鋼と一方向繊維強化熱可塑性テープで作られた最初のデモンストレーター部品を完成させました。フラウンホーファーILTのキラ・ファン・デル・ストラーテン氏とフラウンホーファーIPTのティド・ピーターズ氏が、ComMUnionプロジェクトの一環として、自動車業界向けのボディ部品であるハイブリッド軽量ロッカーパネルを製造し、プロセスの組み合わせの機能性をテスト・実証しました。

プロジェクトパートナーは、2019年3月12日から14日までパリで開催された軽量構造見本市JEC Worldの「Composites in Action Area」（AZL主催）で、この部品を専門来場者に披露しました。

「ComMUnion」プロジェクトは、EUのHorizon 2020研究イノベーションプログラムの助成金（協定番号680567）によって資金提供されています。

レーザーアシストテープ積層により局所的に機能化されたハイブリッド自動車ロッカーパネルの一部。出典：ComMUnion フラウンホーファーIPT

ComMUnion研究プロジェクトの欧州パートナー

• Aciturri Engineering SL、スペイン
• AFPT GmbH、ドイツ
• Aimen Technology Centre、スペイン（コーディネーター）
• Autotech Engineering, AIE、Gestampグループ傘下、スペイン
• CASP S.A.、ギリシャ
• ESI Group、フランス
• Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT、ドイツ
• Fraunhofer Institute for Production Technology IPT、ドイツ
• Laboratory for Manufacturing Systems and Automation (LMS) – University of Patras、ギリシャ
• Lunovu GmbH、ドイツ
• Missler Software、フランス
• Motofil Robotics, S.A.、ポルトガル
• New Infrared Technologies SL、スペイン
• Philips Photonics GmbH、ドイツ
• Tecnatom S.A.、スペイン
• Universidade de Coimbra、ポルトガル

詳細については、以下までお問い合わせください：

kira.van.der.straeten@ilt.fraunhofer.de または malena.schulz@ipt.fraunhofer.de

この記事は、CompositesWorldとAZL Aachen GmbHのメディアパートナーシップによるものです。