AI-GAIM成型技术拓展应用科学发展的研究（下）

在《国际塑料商情》3月刊中，我们已经为读者介绍了智能气体辅助注塑技术(AI-GAIM)在碳纤维复合材料、热固性塑料的注塑成型领域展现的巨大潜力。本文则将继续为读者介绍AI-GACFIM气体辅助弹性体注塑技术的研究，以及AI-GAIM与微发泡注塑融合集成技术。

3、AI-GACFIM气体辅助弹性体注塑技术的研究

AI-GACFIM 气体辅助弹性体注塑技术在提升产品质量方面有着显著优势。

气体辅助注塑发展过程中，相关的技术研发也一直在持续推进，例如围绕气辅产品结构和模具设计，开发出了包括浇注系统、进气方式和气道分布设计技术，气辅注塑工艺设计技术，气辅注塑过程计算机仿真技术，气辅注塑产品缺陷诊断与排除技术，气辅工艺专用料技术等诸多配套技术，进一步完善和拓展了 AI-GACFIM 气体辅助弹性体注塑技术的应用能力和范围，使其在如今的塑料注塑领域中占据着越来越重要的地位。

3.1 AI-GACFIM 气体辅助弹性体注塑技术的发展
AI-GACFIM 气体辅助弹性体注塑技术在工艺方面有着诸多区别于传统注塑技术的创新之处。其工艺过程主要涵盖塑料熔体注射、气体注射以及气体保压这三个阶段，并且依据注射量的不同，分为短射和满射两种方式。

在短射方式下，工作原理是气体率先发挥推动作用，推动塑料熔体去充填整个模具型腔，待型腔被熔体充满后，气体再起到保压作用。例如在生产一些结构相对复杂、内部有中空需求的注塑件时，短射方式就能很好地满足要求。通过气体的推动，熔体可以顺利抵达模具型腔的各个角落，而后保压又能保证制品的成型质量，有效避免缩痕等问题出现，使得最终成型的注塑件外观更加光滑、美观，尺寸精度也更高。

而满射方式中，气体并不具备推动熔体的功能，仅仅是起到保压作用。这种方式适用于那些熔体本身能够基本充满型腔，但需要气体保压来进一步提升制品质量的情况。比如一些薄壁类注塑件，熔体在注射过程中可以依靠自身的流动性先大致充满型腔，后续通过气体保压来维持形状，减少因冷却收缩等带来的尺寸偏差以及翘曲变形等问题。

与传统注塑技术相比，这两种方式的优势明显。首先，它们能够解决模具表面容易出现的缩痕问题，大大提高模具产品的外观质量，让制品表面更加平整、光洁，满足对外观要求较高的产品需求。其次，利用该技术生产出来的模具产品拥有尺寸稳定、内应力小、翘曲变形少的特点，这意味着产品在后续的使用过程中性能更加可靠，不易因内应力释放等原因出现损坏或变形。再者，气体辅助注塑技术能够节约原材料，最大可达 40% ~ 50%，降低了生产成本，同时简化模具产品的设计和生产步骤，在一定程度上降低模具的加工难度，还能降低模具型腔的压力，从而延长模具产品的使用寿命，并且加快冷却速度，缩短产品的生产周期，提高生产效率。

3.2 AI-GACFIM 气体辅助弹性体注塑技术应用拓展
AI-GACFIM成型厚薄差异大的形状汽车零部件中，像保险杠这类既有薄壁的外观面，又有厚壁的加强结构部分的注塑件，采用 AI-GACFIM 气体辅助弹性体注塑技术，就可以通过合理设计气道的位置、走向以及气体的注入压力等参数，让塑料熔体在气体的辅助下完美地填充整个模具型腔，一次性生产出合格的产品，既保证了薄壁部分的外观质量，又确保了厚壁部分的强度等性能要求。再如家电产品里的一些大型外壳，结构复杂且不同部位壁厚不一，利用这项技术同样可以一次性完成注塑成型，提高生产效率的同时，也提升了产品的整体质量和稳定性，为产品的多样化设计和高质量生产提供了有力的技术支撑。

AI-GACFIM弹性体注塑技术通过控制气体的注入位置、压力以及流量等参数，使熔体在模具型腔内均匀分布并受到稳定的保压作用，降低内应力产生的可能性，进而减少产品的扭曲和变形，保证产品的形状精度。

AI-GACFIM 气体辅助弹性体注塑技术与 3D 打印技术相融合，创造出全新的制造模式。3D 打印在制造个性化、复杂结构产品方面有着独特优势，而 AI-GACFIM 技术则擅长对塑料进行高质量注塑成型，两者结合后，有望实现先通过 3D 打印制造出带有特定气道结构或复杂内部型腔的模具，再利用 AI-GACFIM 技术进行注塑，生产出传统制造方法难以实现的创新产品，为产品设计和制造带来更多的可能性。

AI-GACFIM 气体辅助弹性体注塑技术凭借其自身的优势以及未来不断的发展与创新，将会在越来越多的领域得到应用，持续推动塑料注塑行业朝着高质量、高效率、智能化的方向迈进，为制造业的升级发展贡献重要力量，其前景可谓一片光明，值得行业内持续关注和深入探索。

4、AI-GAIM与微发泡注塑融合集成技术的研究

智能气体辅助注射成型(AI-GAIM)和微孔注射成型(MIM)相结合，提出了一种新的气体辅助微孔注射成型(GAMIM)方法。这种融合技术结合了人工智能的优势以及气体辅助注塑和微发泡注塑的特点，有望在塑料制品生产中带来更高的效率、更好的质量和更低的成本。

4.1融合集成原理
将 AI 技术与 GAIM 和微发泡注塑相结合，AI 可对注塑过程中的各种数据进行实时监测和分析，如温度、压力、流量、气体注入量等，通过机器学习和算法，预测最佳的工艺参数组合，精确控制 GAIM 中的气体注入时间、压力、速度，以及微发泡注塑中的发泡剂用量、注塑速度等，从而实现两种技术的协同作用，进一步优化注塑过程。

4.2 AI融合集成工艺
智能气体辅助注塑与微发泡注塑集成技术结合了两种工艺的优点，首先，在来自GAIM的高压气体的帮助下，与MIM相比，GAMIM中完全填充模具型腔所需的聚合物熔体的量减少，从而导致更高的流动性，具有高效率、低成本、高质量和环保等技术优势，能够显著提高产品的性能和生产效率，降低能耗和生产成本，满足市场对高质量、高性能产品的需求，具有强大的市场竞争力。

4.3成型优势
1）提高产品质量：AI 的精确控制可使 GAIM 形成的空腔结构与微发泡注塑产生的微小气泡更加均匀、稳定，从而提高产品的尺寸精度和表面质量，减少缺陷和废品率。

2）实现更显著的轻量化：GAIM 和微发泡注塑本身都具有减轻产品重量的效果，二者融合后，可在不降低产品强度和刚性的前提下，实现更显著的轻量化，对于汽车、航空航天等对零部件重量要求严格的领域具有重要意义。

3）提升生产效率：AI 能够实时优化工艺参数，减少调试时间和生产周期。同时，微发泡注塑缩短成型周期的特点与 GAIM 提高塑料流动性、减少填充时间的优势相结合，可进一步提高生产效率，降低生产成本。

4）增强工艺可控性：借助 AI 强大的数据分析和预测能力，操作人员可以更准确地控制注塑过程中的各种变量，实现对产品密度、强度、刚度等性能的精确调控，满足不同产品的个性化需求。

5）降低能源消耗：微发泡注塑降低锁模力需求的特性，以及 AI 对整个注塑过程的节能优化，使得融合技术在生产过程中能够有效降低能源消耗，符合绿色制造的发展趋势。

6) 基于数据驱动的预测
压力降预测：在微发泡注塑过程中，超临界流体（SCF）的压力降是影响制品质量的重要因素之一。通过构建人工神经网络（ANN）模型，可以预测当前注塑周期中 SCF 的压力降。这个压力降是 SCF 剂量的主要不确定性来源，对制品的质量和一致性有很大影响。ANN 模型利用历史数据进行训练，能够学习到不同工艺参数与压力降之间的复杂关系。例如，在每个注塑周期开始前，根据已有的工艺参数和之前的压力降数据，ANN 模型可以预测出即将到来的压力降。然后，根据这个预测结果，可以对 SCF 的输送压力进行预补偿，以实现可重复的压力降和 SCF 剂量，从而提高制品的质量一致性。

4.4 智能气体辅助注塑与微发泡注塑集成技术的设计与实现
1）集成技术的设计思路与框架
集成技术的设计思路与框架旨在结合智能气体辅助注塑和微发泡注塑的优点，通过优化工艺参数和控制系统，提高制品质量，降低生产成本。该框架包括了对注塑过程中的温度、压力、速度等关键参数的智能控制，以及在模具设计中引入气体辅助和微发泡机制，以实现更高效、更环保的生产方式。

2）集成系统的硬件设计
集成系统的硬件设计包括注射系统、气体辅助系统、微发泡系统以及控制系统的设计和选型。注射系统负责将熔融塑料注入模具中，气体辅助系统负责在适当的时候向塑料内部注入气体以形成气腔，微发泡系统负责控制发泡剂的添加量和发泡过程，控制系统则负责协调各个系统的运行并实现智能化控制。

3）集成系统的软件设计
集成系统的软件设计包括系统架构设计、控制算法开发、数据处理与分析模块设计、用户界面设计以及与其他系统或设备的通信协议开发。

4）集成工艺优化设计
构建新型智能化控制平台：结合工艺参数模型，提出以 LabVIEW 为核心的新型控制方案，配置硬件平台、编译软件程序并设计人机交互界面，构建新型控制系统。例如，可以通过实时监测工艺参数，如注气压力、熔体背压、模具温度等，自动调整工艺参数，以实现微发泡注塑成型的自动化和智能化控制。同时，通过人机交互界面，操作人员可以方便地监控和调整工艺参数，提高生产效率和制品质量。

5）集成工艺参数优化
新型注塑技术需要精确的工艺参数设置，以确保高性能工程材料能够在注塑过程中充分发挥其优势。然而，确定最佳的工艺参数是一个复杂的过程，需要考虑多个因素，如材料的特性、模具的设计、注塑机的性能等。为了解决这个问题，研究人员正在探索智能化的工艺参数设定方法，如专家系统、案例推理和机器学习等，但这些方法仍处于发展阶段，还需要进一步的研究和验证。

混合神经网络与遗传算法结合：在以人工智能技术为基础的注塑工艺参数优化系统中，构建了以混合神经网络与遗传算法方法为基础，并结合 CAE 技术的参数优化系统。混合神经网络可以学习到注塑过程中的复杂关系，而遗传算法则可以在大量的参数组合中搜索最优解。通过这种方式，可以找到最佳的工艺参数组合，以实现高质量的制品生产。例如，在微发泡注塑过程中，可以通过调整注气压力、熔体背压、储料长度等参数，来优化制品的减重比、泡孔形态、力学性能等指标。

参数响应：借助软件考察工艺参数的响应效果，判断其各自的影响显著性。通过大量的对比实验，分析不同工艺参数的整体可调范围，以及它们对初始气涌量、注气总量和制品减重的影响效果，并构建出相关数学模型。例如，可以通过改变注气压力、熔体背压等参数，观察制品的泡孔形态、力学性能和表面质量的变化，从而确定哪些参数对制品质量的影响最大。然后，可以根据这些结果，对参数进行优化处理，得到最优化的组合方案，以指导实际生产。

6）智能化控制系统开发
微发泡注塑注气系统的智能化控制：根据微发泡注塑成型技术对超临界流体输送系统的特殊要求及高压超临界流体的特殊性质，对超临界流体注气系统的气体流量控制关键部件进行系统研究。建立超临界流体在该注气系统下的注气流量控制模型，为实现超临界流体输送全自动化控制奠定了理论基础。例如，可以通过改进注气系统，提高注气精度及注气均匀性，减少气涌现象的发生，从而提高制品的质量。

7）AI质量控制
人工智能可以通过对大量的工艺参数数据进行分析和学习，实现对注塑工艺的优化。例如，通过调整熔融温度、注射速度、注气量等参数，可以优化制品的泡孔结构和力学性能。AI 可以根据不同的制品要求和生产条件，快速找到最佳的工艺参数组合，提高生产效率和制品质量。

利用人工智能的图像识别和数据分析技术，可以对制品的表面质量、尺寸精度等进行实时监测和控制。例如，通过对制品表面图像的分析，可以及时发现表面气泡、瑕疵等问题，并采取相应的措施进行调整。

8）AI预测和模拟
AI 可以结合数值模拟技术，对新型注塑技术的过程进行预测和模拟。通过建立数学模型，AI 可以预测不同工艺参数下制品的性能和质量，为工艺设计和优化提供参考。

4.5 智能气体辅助注塑与微发泡注塑集成技术的应用前景
1）应用领域分析
智能气体辅助注塑与微发泡注塑集成技术可以广泛应用于汽车、电子、包装等行业，用于生产轻量化、高强度、美观且成本效益高的产品。

2）技术优势与市场竞争力
智能气体辅助注塑与微发泡注塑集成技术结合了两种工艺的优点，具有高效率、低成本、高质量和环保等技术优势，能够显著提高产品的性能和生产效率，降低能耗和生产成本，满足市场对高质量、高性能产品的需求，具有强大的市场竞争力。

3）未来发展趋势与挑战
随着人工智能技术的不断发展，AI-GAIM注塑技术将不断创新和完善。未来发展趋势与挑战包括：持续的技术创新以提高生产效率和产品质量，拓展应用领域以满足更多行业需求，同时需要解决集成技术在实际应用中可能遇到的问题和挑战如设备成本高昂、工艺复杂性增加以及对操作人员技能要求提高等。例如，通过引入更先进的人工智能算法和传感器技术，可以实现更加精准的工艺控制和质量监测。同时，新型材料的研发也将为这种注塑技术提供更多的应用可能。

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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