CFRP Melebihi Baja dalam Aplikasi Sendi Bola Presisi

Seperti yang dicatat dalam artikel fitur CW's tentang tooling yang dapat dikonfigurasi ulang, perusahaan desain fixtur modular/produksi komponen Prodtex (Gothenburg, Swedia dan Bristol, Inggris) tidak hanya mengubah cara struktur komposit besar dirangkaikan, tetapi juga menggunakan komposit untuk membangun fixturnya sendiri. Untuk fixtur yang harus diangkat dan dipasang oleh manusia dan/atau dimanipulasi oleh robot, massa yang dikurangi dan kekakuan tinggi menerjemahkan ke dalam tenaga kerja yang lebih sedikit/robot yang lebih kecil, kecepatan produksi yang meningkat, dan sebagai hasilnya, biaya yang dikurangi. Menuju tujuan ini, Prodtex sekarang bekerja menuju robot posisi Hexapod komposit pertama, menggunakan sendi bola berbasis plastik terjamin serat karbon (CFRP) yang diproduksi oleh Corebon AB (Malmö, Swedia).

"Ide aslinya adalah meredesain sendi bola logam sehingga akan memiliki backlash yang lebih sedikit," ingat CEO Corebon Tobias Björnhov. Dia menjelaskan bahwa sendi bola dan bantalan perusahaan, yang memiliki perawatan CFRP, memiliki backlash hampir nol, berarti tidak ada celah atau longgar antara bagian-bagian, "jadi sendi sudah kaku sebelum Anda memberikan beban padanya." Biasanya, "jika Anda mengubah arah gaya dalam bantalan, itu bisa bergerak," katanya, namun klaim, "Struktur kami tidak bergerak, karena mereka di-preload dan sangat kaku."

Corebon memulai dengan memperkuat perawatan sendi bola logam dengan CFRP, yang juga di-preload dengan memasang perawatan CFRP ke bola logam (dibantu oleh perbedaan koefisien ekspansi termal). "Ini bagus," ujar Björnhov, "tapi mahal untuk dibuat." Jadi Corebon mengembangkan perawatan sendi bola CFRP murni, mengganti beberapa bagian logam yang diproses presisi yang harus dipasang sempurna di sekitar bola dengan satu cetakan CFRP. Cetakan dan preloading rangkaian dua bagian (bola tetap logam) dicapai dalam satu langkah, menggunakan teknologi miliknya.

Corebon juga membuat bantalan geser dan pasangan kinematik lainnya — yaitu, dua objek yang terhubung yang memberikan kendala pada gerakan relatif mereka, seperti piston dalam silinder, sendi bola dan bantalan — serta bagian untuk robot, seperti dome CFRP yang dilihat di kanan atas. Björnhov menjelaskan bahwa dome ini terdiri dari pergelangan tangan robotik dari end-effector, "di mana Anda akan menempatkan motor/spindle untuk alat pemotong atau kepala penempatan pita, dll." Dia menandatangani bahwa iterasi masa depan dari dome ini mungkin juga digunakan sebagai node dalam fixtur "laba-laba" yang besar namun ringan untuk rangkaian, seperti yang dibuat oleh TETRAFIX AB (Kungälv, Swedia) dan Lightweight Structures Prodtex. "Aplikasi pertama kami telah dalam robot di mana presisi tinggi diperlukan. Dengan mengurangi bobot end-effector kami meningkatkan presisi dan kecepatan." Seberapa banyak pengurangan bobot? "Dari 27 kg menjadi 5.5 kg untuk struktur pergelangan tangan/penggangkat robotik," ujar Björnhov.

Meskipun dome CFRP diisi dengan busa struktural polymethacrylimide ROHACELL dari Evonik Corporation (Darmstadt, Jerman), Corebon juga mendapatkan kekuatan spesifik dan kekakuan tinggi dengan memaksimalkan kandungan serat. "Kami mencapai volume serat yang sangat tinggi — hingga 80% — yang mendekati batas maksimum teoritis yang mungkin," katanya Björnhov. Ini tidak hanya mengejutkan, tetapi juga memiliki implikasi yang menarik. "Serat sebenarnya menyentuh," katanya, "jadi kami mendapatkan konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, tidak hanya dalam bidang tetapi juga di arah z."

Proses manufaktur yang memungkinkan ini, sekarang dilindungi oleh serangkaian paten, berasal dari upaya untuk meningkatkan transfer resin (RTM) dan kontrol injeksi resin serta pemanasan. "Kami menginjeksikan resin, tidak hanya untuk pemrosesan RTM tetapi juga untuk molding kompresi dan winding filamen," katanya Björnhov. "Kunci adalah kami memanaskan dari dalam komposit, jadi kami mengontrol panas secara volumetrik," katanya, menambahkan, "Ini tidak terikat pada jenis matriks tertentu."

Kunci di sini adalah teknologi pemanasan induktif. Namun Björnhov menjelaskan bahwa Corebon berbeda dari manufaktur komposit berbasis pemanasan induktif lainnya, "baik dalam indiktor yang kami gunakan dan bagaimana kami mengontrol medan elektromagnetik." Pemanasan 3D instan dan seragam yang dihasilkan dapat diterapkan pada hampir setiap proses CFRP, termasuk pengeringan prepreg dan pultrusi. Dilaporkan menawarkan waktu siklus 10 kali lebih cepat dari proses komposit konvensional, mengurangi biaya energi hingga 95% dan menggunakan cetakan yang 20 kali lebih ringan dari baja. Corebon melisensikan teknologi ini, dan sudah memiliki kemitraan dengan perusahaan Jepang, termasuk Sumitomo Corp. (Tokyo, Jepang).

"Sekarang kami melihat aplikasi lain, seperti sistem pengendaraan otomotif dan komponen pesawat yang memerlukan pasangan kinematik dengan akurasi dan kekakuan tinggi," ujar Björnhov. Corebon juga menyiapkan skala industri yang diperlukan di industri ini, dengan beberapa proyek berjalan untuk menunjukkan kemampuannya untuk memproduksi dalam volume tinggi.