AI-GAIM成型技术拓展应用科学发展的研究（上）

智能气体辅助注塑技术(AI-GAIM)是近年来为了克服传统注塑成型局限性而迅速发展起来的一种创新性的塑料加工成型技术，堪称塑料加工业的一次重大变革。AI 具有强大的数据处理和分析能力，可以快速处理大量的塑料成型过程数据，预测成型质量，优化工艺参数。

 

AI气体辅助注塑技术不仅在热塑性塑料注塑成型中得到广泛应用，还在热固性塑料、复合材料的注射成型领域展现出巨大的潜力。通过结合AI技术和气体辅助注塑技术，可以实现更高效、更高质量的生产。

 

1、AI气体辅助碳纤维复合材料注塑技术(AI-GACFIM)的研究

这是一种结合了气体辅助注塑技术和碳纤维复合材料注射(Carbon-Fibre-Ijection-Moidin)的注射成型方法。这种技术不仅能够节约昂贵的碳纤维、提高制品轻量化的力学性能，还能通过AI技术优化生产过程，实现更高的效率和质量。

1.1 关键技术
1）碳纤维材料选择与预处理
材料选择：选择合适的碳纤维材料，如短切碳纤维或连续碳纤维，根据制品的具体需求确定。碳纤维材料应具有高力学性能和良好的分散性。

预处理：对碳纤维进行预处理，如表面改性，以提高其与基体树脂的相容性和分散性。通过预处理提高碳纤维在注塑过程中的均匀分布和力学性能。

2）气体辅助注塑技术
气体注入时机与压力控制：利用AI算法优化气体注入时机和压力，确保气体能够均匀分布，减少制品内部应力。通过实时监测气体压力和流量，确保气体注入的一致性和稳定性。

气体通道设计：设计合理的气体通道，确保气体能够均匀分布，提高制品的内部结构均匀性。通过有限元分析和模拟仿真优化气体通道布局。

3）AI技术集成
智能模具设计：利用AI算法优化模具设计，包括气体通道布局、冷却系统设计等，以提高制品的内部结构和表面质量。通过AI驱动的模拟仿真工具预测不同设计方案的效果，减少试错成本和时间。

4）实时监测与控制
通过传感器网络实时监测气体压力、温度、流量等参数。利用AI算法实时调整气体注入时机、压力和流量，确保注塑过程的稳定性和一致性。

5）生产过程优化
利用AI技术优化生产调度，提高生产效率和资源利用率。通过数据分析优化生产计划，减少换模时间和等待时间。

6）提升复合材料的综合性能
气体辅助还能改善碳纤维与塑料基体界面的结合情况，气体在流经二者界面时，会对界面处产生一定的 “揉搓” 作用，促进碳纤维表面与塑料分子之间的相互作用，提高界面的黏附力，使得在受到外力作用时，碳纤维能够更有效地将应力传递给塑料基体，共同承担载荷，提升复合材料的综合性能。

7）新型注塑设备独特技术
为了适配气体辅助碳纤维注塑技术，新型注塑设备具备独特的设计特点，其中特殊的注气装置是关键所在。这种注气装置具备精准的气体压力控制和流量调节功能，能够根据不同的制品要求以及碳纤维与塑料基体的物料特性，精确地控制注入气体的压力和流量。例如，在制造一些薄壁且结构精细的碳纤维制品时，需要较低且稳定的气体压力和较小的气体流量，以避免气体冲击力过大破坏制品结构；而对于厚壁、大型的制品，则可以相应地提高气体压力和流量，确保气体能够充分推动物料填充模具型腔。

1.2 AI-GACFIM气体辅助碳纤维注射技术创新案例
日本在AI气体辅助碳纤维注塑汽车模板技术方面有着显著的创新和发展。通过智能模具设计、实时监测与控制、智能生产调度等技术手段，显著提高了汽车零部件的力学性能和生产效率。发那科及三菱化学等企业在这些技术的应用中取得了显著成果，展示了这些技术在实际生产中的强大效能。通过这些方法，可以实现更高效、更智能的生产，满足现代制造业对高质量和高效率的要求。气体压力控制方面，研发出了高精度的压力传感器和智能控制系统，能够实时精确监测气体压力，并依据预设的参数以及注塑过程中的实际反馈，快速自动调整气体压力。在碳纤维分散问题上，一方面改进碳纤维的预处理工艺，比如采用超声分散、纤维表面改性等方法，降低碳纤维之间的团聚倾向，使其更容易在塑料基体中均匀分散。例如，通过在碳纤维表面涂覆特殊的分散剂，改变其表面的电荷特性，减少相互吸附。另一方面，优化注塑设备的螺杆结构、搅拌装置等，增强在物料混合和流动过程中对碳纤维的分散作用，保证碳纤维能在塑料熔体中顺着气体流动方向均匀分布，提升制品的整体性能。

日本气体辅助碳纤维注塑技术制造的无人机机身、机翼等部件，能够在保证结构强度的前提下，最大限度地减轻重量，使得无人机可以搭载更多的设备，延长飞行时间，拓展作业范围。随着无人机在民用、商业以及军事等多个领域的应用日益广泛，对该技术的需求也会不断增加，市场前景十分可观。

日本气体辅助碳纤维注塑技术制造的无人机机身、机翼等部件，能够在保证结构强度的前提下，最大限度地减轻重量，使得无人机可以搭载更多的设备，延长飞行时间，拓展作业范围。随着无人机在民用、商业以及军事等多个领域的应用日益广泛，对该技术的需求也会不断增加，市场前景十分可观。

 

2、AI气体辅助热固性塑料注射技术(AI-GATPIM)的研究

AI气体辅助热固性塑料（AI-Gas-Assisted Thermosetting Plastic Injection Moding）注射是一种结合了气体辅助注塑技术和热固性塑料的先进制造方法。这种方法不仅能够提高制品的力学性能和表面质量，还能通过AI技术优化生产过程，实现更高的效率和质量。以下是AI气体辅助热固性塑料注射的关键方面和应用实例。

 

大疆无人机©大疆

2.1关键技术
1）材料选择与预处理
材料选择：选择合适的热固性塑料材料，如环氧树脂、酚醛树脂等，根据制品的具体需求确定。材料应具有良好的固化性能和力学性能。

材料预处理：预处理提高热固性塑料在注塑过程中的均匀分布和力学性能。预处理包括脱气、混合均匀等，以提高其流动性和固化性能。

2）气体辅助注塑技术
气体注入时机与压力控制：利用AI算法优化气体注入时机和压力，确保气体能够均匀分布，减少制品内部应力。通过实时监测气体压力和流量，确保气体注入的一致性和稳定性。

气体通道设计：设计合理的气体通道，确保气体能够均匀分布，提高制品的内部结构均匀性。通过有限元分析和模拟仿真优化气体通道布局。

3）AI技术集成
智能模具设计：利用AI算法优化模具设计，包括气体通道布局、冷却系统设计等，通过AI驱动的模拟仿真工具预测不同设计方案的效果，减少试错成本和时间。

生产过程优化：利用AI技术优化生产调度，提高生产效率和资源利用率。通过数据分析优化生产计划，减少换模时间和等待时间。

2.2  AI气体辅助热固性塑料注射技术创新案例
近年来，意大利在 AI 气体辅助热固性塑料注射技术方面的创新，为热固性塑料制品的质量提升带来了多维度的显著效果。

通过智能模具设计、实时监测与控制、智能生产调度等技术手段，显著提高了航空航天零部件及其他应用领域的热固性塑料制品的质量和生产效率。巴顿菲尔和恩格尔等企业在这些技术的应用中取得了显著成果，展示了这些技术在实际生产中的强大效能。通过这些方法，可以实现更高效、更智能的生产，满足现代制造业对高质量和高效率的要求。

AI 气体辅助热固性塑料注射技术领域，意大利展现出了诸多技术层面的创新亮点，尤其在气体辅助相关技术手段上有着独特的优势。

配合气体辅助技术，意大利在模具内部设计了优化的气道结构。这些气道的走向、尺寸以及与模腔的连接方式都经过精心设计，严格遵循塑料熔体的流动方向进行布局，既能确保气体顺畅地进入熔体并均匀分布，又能避免气道出现堵塞情况。

 

而且对于多腔模具，每个型腔都配备了独立的气嘴，通过智能控制系统可以单独对每个型腔的气体注入参数进行精准调控，满足不同制品在同一模具内同时生产的多样化需求，大大提高了生产效率和模具的通用性。意大利的模具加热装置采用了分区加热和独立温控的设计理念，能够针对模腔不同部位、不同厚度的制品区域，实现差异化的温度调节。

控制技术层面，意大利开发的先进智能控制系统实现了对气体注入量、注入时间以及气体在塑料熔体中分布的精准控制。锁模结构具备高效排气功能并能精准调节锁模力；借助高精度传感器实时监测熔体状态，依靠 AI 算法模块快速运算分析，保障了制品高质量成型，减少了如表面缩痕、内部气孔、翘曲变形等质量问题，显著提升了生产效率。

（未完待续）

 

作者简介：
张友根，教授级高级工程师，终生享受国务院政府特殊津贴。发表中、英论文近500篇约450万字。曾获得上海市科技进步二等奖四项，优秀新产品二等奖四项，上海市工业战线优秀科技工作者等荣誉。

 

来源：荣格-《国际塑料商情》

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