Noile cerințe din domeniul tâmplăriei metalice introduc dezvoltarea unei noi tehnologii de îmbinare, care sunt utilizate pentru fabricarea construcțiilor hibride de înaltă rezistență, cu compozite termoplastice (FRP) și metale. Tema a fost cercetată de un grup de ingineri germani, care au publicat raportul cu titlul ”New Joining Technology for Optimized Metal/Composite Assemblies”, semnatarii fiind Holger Seidlitz, Lars Ulke-Winter și Lothar Kroll. De la Institute of Lightweight Structures, Chemnitz University of Technology.Inspirați de natură Similar efectelor de reglare naturală a copacilor, fibrele din jurul articulației FRP devin aliniate de-a lungul liniilor de forță și nu vor fi distruse de procesul de îmbinare. Acest lucru se realizează prin utilizarea locală a proprietăților specifice de curgere din plastic ale FRT și ale componentelor metalice. În comparație cu metodele obișnuite de îmbinare, cum ar fi șuruburile de găurire cu flux, niturile orbite și autoportantele, proprietățile de tracțiune semnificativ mai mari pot fi realizate prin noua gestionare a procesului. Efectul de creștere a capacității portante ar putea fi dovedit asupra îmbinărilor hibride cu oțel galvanizat la cald HX420LAD și sticlă ortotropă, precum și materiale plastice armate cu fibră de carbon. Rezultatele, care au fost determinate în testele de forfecare și de forfecare transversală conform DIN EN ISO 14273 și DIN EN ISO 14272, sunt comparate cu încărcarea de reținere a tehnicilor de îmbinare stabilite cu diametru de punct de îmbinare, similar și combinații de materiale. În industria tâmplăriei metalice și hibride, tendința către utilizarea materialelor ușoare este deosebit de puternică. Se presupune că proporția de termoplastice armate cu fibre (FRP) va continua să crească pe termen mediu. Pentru aceasta, FRP oferă, datorită proprietăților specifice ridicate și reciclabilității bune, avantaje speciale. Similar principiilor de construcție din natură, arhitectura din fibre a materialului textil poate fi adaptată în mod optim sarcinilor complexe și adesea suprapuse. Datorită temperaturii scăzute de sinteză, mai multe elemente funcționale sunt, de asemenea, integrabile în structurile FRP. Pentru noile concepte de tâmplărie, în designul multimaterial (MMD), materialele termoplastice armate cu materiale textile compozite, cum ar fi plăcile organice termoformabile, pot contribui semnificativ la îmbunătățirea proprietăților ușoare și, prin urmare, la conservarea resurselor. Tablele și profilele ”organice” au o capacitate specifică de absorbție a energiei, mai mare decât construcțiile comparabile pe bază de tablă 100 % metalică și sunt astfel predestinate pentru aplicații care absorb șocurile. Concepte derivate din tehnologiile de termoformare Fabricarea de FRP/metal-hibrizi poate fi realizată, atât prin abordări de îmbinare nepoziționale (pe bază de frecare), cât și pozitive sau lipite ferm. În general, necesită mai multe elemente de îmbinare suplimentare, care măresc greutatea ansamblului. În plus, componentele care trebuie îmbinate trebuie să fie supuse unor operații preliminare extinse. Aceasta poate include lărgirea orificiilor pentru îmbinările șurubate sau nituite sau activarea suprafeței de îmbinare prin gravare, măcinare și degresare, pentru lipirea adezivă. Forarea, în special, precum și perforarea găurilor în elementele de conectare prin intermediul unui instrument ascuțit, au ca rezultat ruperea nedorită a fibrelor în compozit, la punctul de îmbinare al FRP. Acest lucru întrerupe fluxul de forță în fibrele de armare, ceea ce înseamnă că marele potențial al compozitului armat cu fibre poate fi exploatat doar într-o măsură limitată. Prin urmare, proiectarea structurală multimaterială (MMD), cu termoplastice armate cu fibre necesită, în consecință, sisteme de îmbinare capabile de încărcare, care nu întrerup fluxul de forțe din fibrele purtătoare de sarcină în jurul punctului de îmbinare. Noile concepte tehnologice derivate din procesele de termoformare, cum ar fi forarea debitului pe tablele de metal și termoformarea găurilor ajustate la sarcină, la compozitele termoplastice, pot fi utilizate ca soluție de abordare. Pentru prima dată, fuziunea și adaptarea ambelor tehnologii permit îmbinarea tolerantă și reproductibilă a ambelor sisteme materiale într-un timp scurt de proces, în conformitate cu principiile de proiectare în natură. Optimizarea îmbinărilor FRP Analiza principiilor de reglare structurală din natură și adaptarea la zonele defecte oferă un plan pentru optimizarea formei unui punct de îmbinare. De exemplu, menținerea unei distribuții uniforme a stresului în zona perturbată este observată la copaci. Dacă un copac suferă daune cauzate de fisuri, putrezire sau crengi rupte, apare o slăbiciune structurală locală. Stresul crescut rezultat poate fi diminuat prin construirea materialului în vecinătatea defectului. Acest principiu poate fi folosit ca model de proiectare pentru aranjarea capabilă de încărcare a fibrelor de armare, pe zonele de aplicare a sarcinii, pentru aplicații tehnice din FRP, pentru a crește rezistența. Pe baza acestui principiu, s-au dezvoltat algoritmi de optimizare, unde fibrele sunt aliniate în direcțiile principalelor tensiuni. Deoarece componenta din fibră are cel mai înalt modul în direcția longitudinală, rezistența componentei FRP este optimizată treptat prin dispunerea specifică a fibrelor de armare în direcția tensiunilor principale. Procedura schematică este descrisă cu ajutorul a analizei elementelor finite (FEA), ca exemplu de model de carcasă cu gaură deschisă armată unidirecțională, cu încărcare pe tracțiune. Îmbinarea ajustată la sarcină, a ansamblurilormultimateriale Principiul fluxului de realiniere a fibrelor locale orientate spre forță, similar cu proiectele din natură, a fost implementat la Institutul de structuri ușoare de la Technische Universitat Chemnitz, într-o nouă tehnologie de îmbinare, care este potrivită pentru a produce construcții multimateriale cu materiale compozite termoplastice și metale. Metoda de îmbinare dezvoltată este deosebit de potrivită pentru producția economică de masă. Caracterizate prin timpi scurți de ciclu și puncte de îmbinare optimizate cu armare cu fibră, aliniată pe traseul de sarcină, se pot realiza capacități ridicate de încărcare, precum și un nivel ridicat de proprietăți ușoare, astfel încât tehnologia să fie aplicabilă în diferite sectoare industriale. Comparativ cu metodele tipice de îmbinare, principalul avantaj este că nu este necesar un element suplimentar de îmbinare auxiliar, pentru procesul de îmbinare. La fabricarea unei îmbinări multimateriale, proprietățile de curgere ale componentelor metalice și polimerice sunt exploatate în mod intenționat. Cu ajutorul unei mandrine rotative, bucșa metalică se transformă termomecanic din componenta metalică. În același timp, bucșa se formează prin componenta FRP, în timpul procesului de modelare. După ce mandrina este împinsă înapoi, capul de închidere devine fabricat prin reformarea bucșei, cu un instrument special de formare. În consecință, avantajul cheie constă în evitarea elementelor de îmbinare, care induc de obicei o masă suplimentară. Rotirea mandrinei provoacă frecare asupra componentului metalic. Această energie termică este indusă local în PRF. În consecință, polimerul termoplastic devine plasticizat. Acest lucru permite deplasarea/alinierea fibrelor nesfârșite încorporate, atunci când bucșa este formată prin componenta FRP, astfel încât fractura fibrelor să nu aibă loc și fluxul de forță să fie menținut în continuare. Dimensionarea zonei de îmbinare FRP Pentru a asigura deplasarea radială a fibrelor în matricea polimerică, o zonă definită trebuie plastifiată de un sistem de încălzire la introducerea sarcinii a componentei FRP. Ca rezultat al inducerii căldurii locale, vâscozitatea matricei polimerice termoplastice poate fi redusă în mod intenționat, atunci când se atinge temperatura de topire specifică, astfel încât să fie posibilă realinierea fibrelor prin instrumentul de foraj și fluxul format. Datorită încălzirii locale, fibrele rămân în materialul adiacent al matricei mai reci,  strânsă ferm, și se întind diferit în timpul procesului de realiniere. În consecință, este necesar să se ia în considerare diametrul punctului de îmbinare, precum și alungirea maximă a fibrelor la fractură, pentru a evita fracturile de fibre (FF) și interfibre (IFF) la zona de îmbinare la dimensionarea articulației FRP. În cele ce urmează, realinierea și variația de lungime rezultată a armăturii fibrelor sunt descrise la zona de îmbinare plastificată printr-un model geometric al unui strat FRP unidirecțional, care consideră cea mai deviată și cu aceasta, cea mai întinsă fibră la marginea punctului de îmbinare. Deoarece diametrul punctului de îmbinare JP este dat iar fibra realiniată cu lungimea se potrivește tangențial la marginea punctului de îmbinare, arcul de realiniere și unghiul de înfășurare sunt egale.