蘭蒂奇集團作為一家跨國制造商和供應商，在歐洲、北美、南美和亞洲設有生產單位和商業辦事處。蘭蒂奇集團提供各種化學中間體、聚酰胺聚合物、高性能技術聚合物和先進紡織解決方案，產品包括尼龍紗、聚酯紗、回收紗和生物源紗，醫療保健領域的非織造布和保護裝置。蘭蒂奇為多個工業部門開發產品，包括汽車，電氣電子，消費品，服裝，家具，建筑，家用電器和體育運動。他們擁有一支包括應用開發、技術服務和研發在內的全球團隊，能夠在從概念設計到工程和生產的所有項目階段為客戶提供最高的專業支持。

面臨挑戰

將金屬部件換成輕便、堅固的塑料部件

Acerbis在摩托車越野賽塑料、自行車保護和配件售后市場具有重要地位，他向蘭蒂奇集團提出了一個特殊的要求：他們想用一個重量更輕、強度更高的塑料部件來取代一個特定的自行車部件——一個由6061鋁合金制成的后搖臂。電動自行車的新搖臂設計必須提供同樣的性能表型，同時還要與自行車美學相融合，具有吸引人的表面外觀和顏色選擇，并且能夠在長時間的紫外線照射下抵抗褪色。

蘭蒂奇集團高性能聚合物市場營銷和技術服務CAE分析師Claudio Ghilardi解釋說:“我們需要一種結合剛度和機械強度來承受靜載荷和抗疲勞能力的解決方案。“由于這項運動的戶外性質，我們還需要一種對濕度不那么敏感的產品。”

解決方案

具有成本效益和輕量級的生態設計

在各個行業，制造商越來越多地尋求用具有同等功能的工程塑料部件來取代金屬部件。雖然這種金屬部件向工程聚合物部件的過渡已經持續了幾十年，但各個工業部門都會不斷出現新的機會，甚至延伸到以前不被認為是金屬替代目標的部件。除了降低生產成本，環境的影響現在是一個關鍵的驅動因素，從充分的材料回收到通過輕量化來降低排放。

用工程聚合物代替金屬部件有很多優點：

• 降低產品重量
• 增加了形式和設計的自由度
• 提高環境的可持續性
• 減少裝配和后處理加工時間
• 增強美感和色彩
• 降低了零件的總成本

當涉及到金屬替換時，目標不僅僅是用具有相同功能的塑料部件代替金屬部件；相反，該方法是考慮如何利用塑料的獨特特性。為了實現這一點，制造商必須考慮零件的功能需求，包括隱性需求，以及零件在更大的操作環境中如何與其他零件相互作用。

他們還必須考慮塑料的內在特性，這與金屬截然不同，這意味著制造商必須有效地設計零件，使其能夠正確使用。為了確保組件作為一個整體與產品一起工作，制造商必須對更大的項目有一個整體的看法，允許他們預先選擇材料，然后重新設計零件，如圖1所示。

圖1. 后擺臂的設計優化。

01

海克斯康聯合仿真解決方案

蘭蒂奇集團在市場上首次推出了一款由特殊混合物制成的后搖臂，該混合物基于玻璃纖維增強的聚酰胺66，而不是鋁。Fantic是一家專門生產電動摩托車和自行車的意大利公司，是第一家采用這種創新產品的公司，其中包括該公司的一些越野車和耐力車，首次在米蘭摩托車展(EICMA)上進行了預覽，現在已經在生產并可供購買。

蘭蒂奇集團使用海克斯康的材料建模平臺Digimat來構建制造過程和結構部件性能之間的橋梁。“有了Digimat， 蘭蒂奇集團可以為他們的客戶提供先進的多尺度材料卡片，這是他們在實驗室中描述的材料的完美數字孿生，這樣客戶就不必自己進行耗時且昂貴的測試，”海克斯康的技術專家主管Hedi Skhiri說。

Skhiri補充說:“為了用增強塑料代替鋁制部件，蘭蒂奇集團首先使用MSC Apex和Marc創建了有限元模型，包括根據設計要求定義施加力的適當邊界條件。然后利用Digimat將纖維取向和熔接線等制造數據從注塑網格傳遞到結構網格。最后，利用Marc仿真，結合Digimat作為材料卡片求解器進行了耦合分析，以預測零件的性能，同時考慮了局部纖維取向和熔接線對材料剛度性能的影響。

“在完成靜態模擬后，應力結果可用于使用CAEfatigue 與Digimat聯合計算零件的壽命。疲勞材料描述首先在Digimat中通過有限的實驗應力-壽命數據進行校準。然后，它可以考慮纖維密度和取向以及施加的平均應力的影響，平均應力隨零件位置和載荷情況而變化。海克斯康業務支持經理Marco Veltri博士說:“CAEfatigue可以復制在役和臺架測試條件，通過加載序列和重復次數定義疲勞事件，并計算零件的預期壽命。”

Veltri補充道:“蘭蒂奇集團實現了一個真正的多物理場過程；使用Marc, Digimat和CAEfatigue的深度聯合，在不同的力水平上重復對零部件虛擬加載，可以確保他們的設計成功。”

圖2. 結合Marc、Digimat和CAEfatigue的多物理過程。

02

Radistrong差異

與標準PA66相比，蘭蒂奇集團的Radistrong產品具有高強度和低濕度敏感性。“該部件是自行車車架的一部分，是一種結構部件，所以我們提出了一種基于聚酰胺66和玻璃纖維增強的特殊混合物，以確保設計能夠承受持續和強大的壓力。”

此外，我們的解決方案的機械性能-例如剛度和強度-受濕度吸收的影響較小。蘭蒂奇集團高性能聚合物的市場和技術服務CAE分析師Claudio Ghilardi說:“我們也非常關注美學效果：材料表面看起來很吸引人，抗紫外線穩定，并且可以抵抗長期暴露在大氣中。”

蘭蒂奇集團讓其工程服務團隊負責整個項目。Digimat的早期部署和計算機輔助工程模擬(CAE)的使用，使公司能夠在成型階段預測材料的行為，以及產品在開發的早期階段的機械響應。隨后交付的工程服務包括:

• 項目可行性評估
• 確認材料選擇，零件設計和再設計
• 排除原型和常規生產中的故障
• 協調研發、外部供應商和軟件供應商之間的關系，確保為蘭蒂奇集團的產品提供新的、可靠的材料卡片，供仿真社區使用
• 與客戶的設計師，工程師和CAE專家溝通，以促進材料選擇和建模信息的積極交流
• 優化客戶設計的幾何形狀和技術性能
• 在預測剛度和失效方面提供更高的精度和可靠性
• 收集對材料行為更深入的了解
• 減少過度設計和使用高安全系數的傾向
• 減少對原型測試的需求

最終結果

簡化，縮短生產時間和設計的可持續

使用蘭蒂奇集團的化合物，再加上海克斯康的數字材料和多物理場解決方案套件，電動自行車的后擺臂比之前的設計輕了10%。此外，由于蘭蒂奇集團的技術聚合物在材料擠出階段會著色，因此該組件在注塑階段結束時就可以使用，無需噴漆。

蘭蒂奇集團、Acerbis和Fantic在項目的所有階段都密切合作，從產品設計和材料配方到模具制作和模具注射過程，直到安裝在電動自行車上。在客戶的實驗室進行了許多嚴苛的測試，表明新的部件超出了最初要求的2倍。最重要的是，新的創新后搖臂有助于降低電動自行車對環境的影響，并且可以在其使用壽命結束時進行回收和機械回收。事實上，這個自行車部件是應用生態設計原則的結果，以推動尼龍回收的良性系統，實現循環經濟。

“該項目使我們能夠通過重新設計和改進其功能來實現金屬部件更換；通過簡化和縮短生產時間，我們在短時間內增加了投放市場的產品數量，”Acerbis首席執行官Guido Acerbis總結道。