CFRP baja terbaik dalam sambungan bola presisi

Seperti disebutkan dalam CW artikel fitur tentang perkakas yang dapat dikonfigurasi ulang, perusahaan desain perlengkapan modular/pemasok komponen Prodtex (Gothenburg, Swedia dan Bristol, Inggris) tidak hanya mengubah cara perakitan struktur komposit besar, tetapi juga menggunakan komposit untuk membangun perlengkapan itu sendiri. Dalam perlengkapan yang harus diangkat dan dipasang oleh manusia dan/atau dimanipulasi oleh robot, pengurangan massa dan kekakuan tinggi diterjemahkan menjadi lebih sedikit tenaga kerja/robot yang lebih kecil, peningkatan kecepatan produksi dan, sebagai hasilnya, pengurangan biaya. Untuk mencapai tujuan ini, Prodtex sekarang bekerja menuju robot pemosisian Hexapod semua-komposit pertamanya, menggunakan sambungan bola berbasis serat karbon yang diperkuat plastik (CFRP) yang diproduksi oleh Corebon AB (Malmö, Swedia).

“Ide awalnya adalah untuk mendesain ulang sambungan bola logam sehingga tidak ada reaksi balik,” kenang CEO Corebon Tobias Björnhov. Dia menjelaskan bahwa sambungan dan bantalan bola perusahaan, yang menampilkan rumah CFRP, memiliki reaksi balik hampir nol, yang berarti tidak ada celah atau celah di antara bagian-bagiannya, "sehingga sambungan menjadi kaku sebelum Anda meletakkan beban di atasnya." Biasanya, "jika Anda mengubah arah gaya dalam bantalan, itu bisa bergerak," dia menunjukkan, tetapi mengklaim, "Struktur kami tidak bergerak, karena mereka dimuat sebelumnya dan sangat kaku."

Corebon dimulai dengan memperkuat rumahan sambungan bola logam dengan CFRP, yang juga dimuat sebelumnya dengan memasangkan rumah CFRP ke dalam bola logam (dibantu dengan perbedaan koefisien ekspansi termal). “Ini bagus,” kata Björnhov, “tapi mahal untuk membuatnya.” Jadi Corebon mengembangkan rumah sambungan bola semua-CFRP, menggantikan beberapa bagian logam mesin presisi yang harus dirakit sempurna di sekitar bola dengan cetakan CFRP tunggal. Cetakan dan pramuat rakitan dua bagian (bola tetap logam) dicapai dalam satu langkah, menggunakan teknologi eksklusif.

Corebon juga membuat bantalan geser dan pasangan kinematik lainnya — yaitu, dua objek terhubung yang memberikan kendala pada gerakan relatifnya, seperti piston dalam silinder, sambungan bola, dan bantalan — serta suku cadang untuk robot, seperti kubah CFRP yang digambarkan di atas Baik. Björnhov menjelaskan bahwa kubah ini terdiri dari pergelangan tangan robotik dari end-effector, “di mana Anda akan memasang motor/spindel untuk alat permesinan atau kepala peletakan pita, dll.” Dia mencatat bahwa iterasi kubah ini di masa depan juga dapat digunakan sebagai simpul dalam perlengkapan "laba-laba" yang besar namun ringan untuk perakitan, seperti yang dibuat oleh TETRAFIX AB (Kungälv, Swedia) dan Struktur Ringan Prodtex. “Aplikasi pertama kami adalah pada robot yang membutuhkan presisi tinggi. Dengan mengurangi bobot end-effector, kami meningkatkan presisi dan kecepatan.” Berapa banyak penurunan berat badan? “Dari 27 kg turun menjadi 5,5 kg untuk struktur pergelangan tangan/alat robotik,” kata Björnhov.

Meskipun kubah CFRP dilapisi dengan busa struktural polimetakrilimida ROHACELL dari Evonik Corporation (Darmstadt, Jerman), Corebon juga memperoleh kekuatan dan kekakuan spesifik yang tinggi dengan memaksimalkan kandungan serat. “Kami mencapai volume serat yang sangat tinggi — hingga 80% — yang mendekati kemungkinan maksimum teoritis,” catat Björnhov. Ini tidak hanya mengejutkan, tetapi juga memiliki implikasi yang menarik. “Serat benar-benar bersentuhan,” jelasnya, “sehingga kami mendapatkan konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, tidak hanya dalam bidang tetapi juga dalam arah z.”

Proses manufaktur yang memungkinkan hal ini, yang sekarang dicakup oleh serangkaian paten, berasal dari upaya untuk meningkatkan pencetakan transfer resin (RTM) dan kontrol injeksi dan pemanasan resin. “Kami menyuntikkan resin, tidak hanya untuk pemrosesan RTM tetapi juga untuk pencetakan kompresi dan penggulungan filamen,” Björnhov menunjukkan. “Kuncinya adalah kita memanaskan dari dalam komposit, jadi kami mengontrol panas secara volumetrik, ia mencatat, menambahkan, "Ini tidak terikat pada jenis matriks tertentu."

Kuncinya di sini adalah teknologi pemanas induktif. Tetapi Björnhov menjelaskan bahwa Corebon berbeda dari manufaktur komposit berbasis pemanas induktif lainnya, “baik dalam induktor yang kami gunakan dan bagaimana kami mengontrol medan elektromagnetik.” Pemanasan 3D instan dan seragam yang dihasilkan dapat diterapkan pada hampir semua proses CFRP, termasuk prepreg cure dan pultrusion. Ini dilaporkan menawarkan waktu siklus 10 kali lebih cepat daripada proses komposit konvensional, mengurangi biaya energi sebanyak 95% dan menggunakan cetakan yang 20 kali lebih ringan dari baja. Corebon melisensikan teknologinya, dan telah menjalin kemitraan dengan perusahaan Jepang, termasuk Sumitomo Corp. (Tokyo, Jepang).

“Sekarang kami melihat aplikasi lain, seperti suspensi otomotif dan komponen pesawat yang membutuhkan pasangan kinematik dengan akurasi dan kekakuan tinggi,” kata Björnhov. Corebon juga sedang mempersiapkan skala industri yang dibutuhkan dalam industri ini, dengan beberapa proyek yang sedang berlangsung untuk menunjukkan kemampuannya untuk berproduksi pada volume tinggi