Первый жизнеспособный метод сварки пластмассы и металла разработан в университете Мичигана под руководством Пинша Донга, университетского профессора инженерии Роберта Ф. Бека.
Сварка по сути — создание связей между двумя материалами на молекулярном уровне. В течение десятилетий считалось, что пластик и металл принципиально несовместимы, и нет возможности сварить их вместе. Однако исследователи обнаружили, что правильное сочетание температуры и давления может привести к тому, что углерод и кислород в пластике прочно свяжутся с металлом.
Компьютерные модели показывают, что мы можем сделать конструкции легковых автомобилей и легких грузовиков на 40% легче, создавая их из комбинации металлов и пластика. Меньший вес дает ряд преимуществ, главным образом более высокую эффективность: экономия топливаили больший запас хода у электромобилей. Транспортные средства композитными конструкциями лучше управляются и обеспечивают повышенную безопасность. Проблема заключалась в том, что единственным способом соединения металла и пластика были клеи или механические крепления, которые слишком медленны и дороги для всего, кроме мелкосерийных специальных транспортных средств.
— Пинш Донг.
Ученые использовали станок, похожий на сверлильный с цилиндрической вращающейся головкой. Металл помещается поверх пластика, а головка опускается поверх свариваемых объектов. Таким образом нагрев и давление были сосредоточены в одной точке. Результат похож на применение аппарата точечной сварки.
По утверждениям разработчиков технологии, любой металл можно сварить с любым пластиком, который содержит достаточное количество кислородно-углеродных соединений. Ключевым моментом является расчет температуры и давления, которые будут сваривать данную комбинацию материалов.
Для пластиков, в которых недостаточно соединений кислорода и углерода, таких как полипропилен, можно поместить недорогую пластиковую пленку между двумя материалами, чтобы «засеять» связь кислородом и углеродом.
Возможность комбинировать сталь и алюминий может позволить не только сварку, но и новые недорогие способы 3D-печати алюминиевых сплавов на стали. Предыдущие попытки приводили к образованию хрупких соединений на границе раздела двух металлов, снижая прочность сплава.
Новые методы сварки также могут улучшить аккумуляторные батареи и корпуса электромобилей. Сегодня они представляют собой многослойные конструкции, которые обычно скрепляются клеями и механическими креплениями. Их очень трудно разобрать для ремонта или переработки. Сварные аккумуляторные блоки могут быть разобрать и собрать гораздо проще. Они легче, дешевле в производстве и и энергоэффективнее.
Мы запатентовали этот процесс и уже работаем с производителями над разработкой коммерческого оборудования, которое может быть лицензировано для авто- и других производителей. Я бы сказал, что мы увидим эту технологию в промышленности в ближайшие два года
— Пинш Донг.
