摘要
- 我们介绍了三种减少产品制造中资源使用的策略：
1.减少材料使用量
2. 节省生产工序
3. 材料废弃物再利用 - 通过形状优化、多部件集成和产品小型化等技术，可以减少用于生产产品的材料体积。我们提供了一个使用树脂 CAE 技术优化产品形状的实际案例研究。
- 通过节省与任务相关的加工步骤（例如装配和涂漆）尽可能地简化生产过程可以降低人工成本（人员成本），减少能源消耗，并最大限度地减少材料损失。我们展示了案例研究示例，其中选择了材料以实现易于组装的产品形状或节省了绘画的需要。
- 可以收集生产过程中产生的树脂材料废料并进行精细研磨，以产生一种可重复使用的树脂物质，称为再生料，可以将其与一定浓度的“原始”树脂混合，以减少树脂的总体使用量。我们提供具有良好热稳定性的材料，非常适合用作再研磨材料。
减少产品制造中的资源使用
近年来，“循环经济”和“到 2050 年碳中和”等口号越来越普遍，这让许多制造工程师和生产工艺设计师绞尽脑汁制定可持续制造战略，以减少对环境的影响。
以更环保的方式制造产品的一种策略就是减少资源使用。这不是一个新想法——事实上，不久前，它被奉为广为流传的口号“减少、再利用、回收”的三个劝告中的第一个。下面我们将讨论减少产品制造中资源使用的三种策略。
减少资源使用的三种策略：
- 减少材料使用量：
应用形状优化和小型化技术来减轻产品重量（即，用于生产每个产品的材料体积）。减少组件数量以减少整体材料使用量。 - 从生产过程中节省步骤：
减少元件数量；采用集成的单体架构；设计产品形状以简化组装过程，从而减少组装产品所需的加工步骤。使用好的外观材料，节省涂装步骤。 - 再利用材料废料：
以前被丢弃的材料碎片被重新用作再研磨材料，以减少整体材料使用量。
减少材料体积，节省加工步骤
我们日常生活中使用的产品——从家用电器到汽车——由许多部件组成，它们的生产过程非常复杂，涉及从部件成型到产品组装和涂装的许多步骤。
将加工步骤的数量减少到最低限度可以减少人工成本（人员成本），节省后处理步骤的能源，并最大限度地减少构成材料的损失。减少制造过程中资源使用的其他方法包括使用更少量的树脂来生产每种产品，以及节省油漆。
(1) 减少材料用量
A. 减少组件数量并应用形状优化和小型化来减少用于生产每个产品的树脂量
通过优化产品的外形，有可能减少部件的数量——例如，通过采用单片集成架构来代替多个部件的组装——并减少产品的尺寸和重量。树脂材料的计算机辅助工程 (CAE) 是确定产品设计最佳形状的强大工具。
B.选择不需要油漆的材料
选择具有耐候性和良好表面的材料，或无需涂漆即可呈现金属色的材料，可以在生产过程中节省涂漆步骤，并减少电镀材料和溶剂的使用。这也有助于通过节省处理步骤来推进下面第 (2) 项的目标。
(2) 节省加工步骤
A. 设计产品形状以简化装配流程
与金属相比，工程塑料具有更大的形状灵活性，可以优化产品设计以最大限度地简化组装。易于组装的产品不仅可以节省生产过程中的组装步骤，还可以避免使用某些螺钉和螺栓，有助于减少资源使用。
B. 选择具有良好成型性能的材料以节省后处理步骤
一些产品制造过程需要二次加工步骤，例如去除毛刺或退火以修复翘曲或应变。选择不易变形或形成毛刺的材料可以省去此类后处理步骤。
再利用材料废料
使用树脂材料的制造过程往往会产生浇口和流道等材料废料，这些废料会堆积在生产现场。当这些树脂废料被收集起来，细磨，并进行成型和成型时，它们被称为再研磨。一般而言，只要再研磨材料没有表现出相关物理性能的任何退化，就可以将其以一定浓度混合到新树脂（称为“原始”树脂）中。 （不用说，再研磨材料不能在所有情况下使用，一般来说，再研磨材料是否可以有效地重复使用的问题在很大程度上取决于具体情况。）
有效利用回收料（否则会被丢弃的材料）有助于减少制造特定产品所需的树脂总量。
减少资源使用的三种策略
旭化成的推荐方案（一）
减少组件数量并节省工艺步骤
SunForce™改性 PPE 泡沫珠为产品设计提供了更大的灵活性
阳光力量SunForce™是一种泡沫材料，其功能远远超出了传统泡沫的能力，它结合了只有泡沫才能提供的优良特性--轻质和隔热--以及阻燃（UL-94 V-0）、尺寸稳定性和形成薄壁产品的能力。这种材料在加工过程中表现出极小的尺寸变化，并提供了其成型性能几乎等同于典型的注塑材料，使其成为无忧地用于结构体和设备底盘等应用的理想选择，而这些应用的高尺寸稳定性是至关重要的。
SunForce™它还具有PPE树脂的独特优势，特别是相对于其他树脂材料的低线性膨胀系数，并且相对不受温度波动的影响。
SunForce™是通过在工具中填充珠子并施加蒸汽来诱导这些珠子膨胀，从而产生热粘合而生产的。因此，与在高温高压下将树脂注入模具的注塑成型相比，SunForce™工艺往往会在成品中产生最小的翘曲和缩痕，即使对于壁厚随空间变化的产品也是如此。这样就无需施加形状约束（例如统一的壁厚要求），从而在设计产品时提供更大的灵活性。
利用这种灵活性——例如，通过制造形状符合基板或线束的模塑产品——在某些情况下，可以在组装组件包时省去使用螺钉或螺栓将组件固定到位的需要，从而简化生产过程。
- 提供有关SunForce™的更多信息
金属色 POM 材料可节省涂漆步骤，从而降低成本并减少对环境的影响
聚甲醛 (POM) 具有优异的机械性能、滑动性能和耐化学性，被用于许多结构部件和内部部件。
旭化成的TENAC™-C ZM413 POM 树脂是金属色 POM 共聚物，其物理性能和耐候性与标准耐候等级相当。该材料还符合各种汽车OEM法规，限制用于汽车内饰的材料挥发性有机化合物（VOC）的排放。
赋予产品金属饰面的典型方法包括在基础树脂表面涂漆或电镀。然而，由于需要多个处理步骤，这种方法成本高昂，并且具有通过在各个阶段使用溶剂污染环境的额外缺点。我们建议选择TENAC™-C ZM413，它可以通过省略生产过程中的涂装步骤来节省这些缺点。
- 提供金属色 POM 树脂 铁耐克™-C ZM413 的详细信息在这里。
通过将金属替换为塑料来减轻重量，并通过使用树脂 CAE 优化零件设计
旭化成拥有专为树脂分析的“ CAE技术”。
下图显示了一个分析示例，展示了如何使用CAE技术。在这种情况下，
原始产品（最左边的图像）由钢制成，由多个组件组成。我们用了
CAE 技术执行拓扑优化分析（中间图像），得出最终设计方案，其中产品由树脂而不是钢制成（右图），与原始产品相比重量减轻了 80% 以上设计。
在这种情况下，利用旭化成的树脂 CAE 技术，设计师可以在既定的设计空间内确定最有效的材料分布，并受制于与产品所处场景相关的结构限制以及负载和约束条件。预计会被使用。
此外，拓扑优化分析产生的形状非常灵活；在这里描述的案例研究中，这种自由——连同执行分析的工程师的技能和经验——产生了一种创新的注塑成型设计，具有完全新颖的形状，不同于任何现有设计，实际上超越了任何现有设计的限制范例。进一步的调查揭示了所提议设计的多余区域；节省这些进一步简化了产品的形状，最终成功地减少了组件的数量并显着减轻了最终产品的重量。
案例研究：用无需喷漆或电镀的高强度、美观的聚酰胺替代金属铰链
主要用于门的铰链必须是高强度部件，因此通常由压铸金属制成。然而，制作有吸引力的铰链通常需要通过电镀进行装饰——这一过程会产生含有金属离子的废水，处理这些废水会对环境造成严重影响。
旭化成 的 LEONA™ SG 系列聚酰胺树脂不仅满足铰链所需的所有性能要求，而且无需喷漆或电镀即可生产出极具吸引力的最终产品，从而减轻整体重量并减少浪费，从而减少制造过程对环境的影响。
案例研究：用于气压调节器的底盘，用高强度聚酰胺代替金属可节省后处理步骤并生产出重量更轻的产品，从而减少与运输相关的能源消耗
气压调节器是许多产品制造场所安装的关键部件。由于封装这些仪器的底盘体必须具有高强度，所以它们通常由金属制成。另一方面，由于调节器结合了细粒度流动路径网络来控制气流，因此它们的生产会消耗大量能源并造成严重的材料损失。从金属转向 旭化成的高强度 LEONA™ S 系列树脂省去了后处理步骤，有助于简化生产流程。
此外，由于气压调节器被运往世界各地的客户，通过用树脂代替金属实现的产品重量减轻显着降低了与运输相关的能源消耗。
旭化成的推荐方案（二）
再利用产品废料
XYRON™改性 PPE 树脂非常适合再研磨
XYRON™ 改性 PPE 树脂是一种具有出色热稳定性和耐水解性的材料，并且在用作再研磨材料时物理性能的退化最小，因此比其他树脂更容易重复使用。这种材料的比重也是所有工程塑料中最低的；它的重量轻有助于减少制造过程中使用的材料量。
通过使用改性 PPE 树脂制造产品并重复使用制造现场产生的浇口、流道和其他废物来利用这些特性，可以减少材料总用量并最大限度地减少对环境的影响。
注意：在产品外观很重要的情况下，由于使用重复使用的材料而导致的杂质污染会产生缺陷，从而导致产品缺乏吸引力。避免这种情况需要仔细优化重复使用材料的百分比；作为粗略的指导，我们建议考虑 20% 或以下的百分比。
我们想与您谈谈旭化成的可持续发展解决方案。请联系我们提出问题和索取样品。我们期待您的回音！
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