Menggabungkan plastik dan komposit untuk suku cadang Kelas A tanpa alat

Memproduksi suku cadang komposit dengan hasil akhir kelas A bukanlah Cawan Suci — ada banyak perusahaan yang melakukan ini secara rutin. Namun, melakukannya menggunakan infus resin tanpa perkakas mahal atau gelcoat dan dengan kecepatan satu bagian per jam? Nah, itu sesuatu yang unik.

Dari plastik ke komposit

Plastics Unlimited dimulai 25 tahun lalu oleh Terry dan Nancy Kieffer, jelas putra mereka Dakota Kieffer, direktur penjualan dan pemasaran perusahaan tersebut. “Mereka adalah petani di Iowa dan mulai mencari industri baru dan berkembang,” dia menjelaskan, “Mereka pikir plastik akan lebih baik daripada pengelasan atau pengerjaan kayu dan mereka tidak ingin bersaing dengan tetangga mereka. Mereka melihat cetakan injeksi, cetakan rotasi dan plastik daur ulang, tetapi kemudian menemukan thermoforming, dan benar-benar memahaminya.” (Thermoforming menggunakan panas dan vakum/tekanan untuk membentuk lembaran termoplastik menjadi bagian-bagian yang berbentuk.)

Kemudian orang tua Kieffer melakukan kontak dengan perusahaan yang membuat suku cadang plastik yang diperkuat serat kaca (FRP). “Mereka melihat seberapa kuat FRP, tetapi juga membutuhkan proses multi-langkah yang panjang, kira-kira empat jam per bagian — jadi, hanya dua bagian yang diproduksi per hari,” lanjutnya. “Dibandingkan dengan produksi kami di plastik, mereka merasa itu terlalu lambat. Kami memutar suku cadang setiap 2-6 menit — bahkan mungkin memproduksi 5-6 suku cadang sekaligus — jadi, ribuan suku cadang per hari.” Untuk menjembatani kesenjangan, ayah Kieffer datang dengan ide untuk menggunakan cangkang plastik termoform sebagai alat .

Hasilnya adalah proses pembuatan suku cadang komposit tanpa alat, yang oleh Plastics Unlimited disebut Komposit Rekayasa Tanpa Alat (TEC). “Ini menghilangkan lapisan gel dan langkah pelepasan alat,” kata Kieffer. “Juga, saat Anda melakukan thermoform, Anda dapat memeriksa permukaan Kelas A dan memastikannya sempurna.” Dengan kata lain, permukaan Kelas A tidak tersembunyi di bawah laminasi komposit. “Yang dibutuhkan hanyalah satu alat thermoforming, dan prosesnya masih masuk akal bagi pelanggan suku cadang plastik kami.”

Proses komposit yang dipatenkan

Kieffer mencatat bahwa komposit menggabungkan dua bahan untuk membuat bahan yang lebih baik daripada konstituen saja. “Kami menggabungkan dua jenis bahan yang berbeda dan dua proses yang berbeda untuk membuat produk yang lebih baik.” Khususnya, produk yang terdiri dari plastik, resin, dan serat kaca untuk menawarkan perpaduan manfaat yang unik. “Plastik berkinerja jauh lebih baik dalam dampak daripada gelcoats,” jelasnya. “Dimungkinkan juga untuk mencetak tekstur atau desain apa pun di atas plastik, misalnya pola kamuflase. Plastik juga menawarkan banyak kedalaman gambar tanpa buffing setelahnya, yang menghilangkan operasi finishing sekunder.”

Sementara itu, dibandingkan dengan penyemprotan serat cincang dalam proses pencetakan terbuka, teknologi yang dipatenkan ini memungkinkan kandungan serat yang lebih tinggi, kualitas yang lebih tinggi, dan senyawa organik volatil (VOC) tanpa/rendah. Dia menunjukkan bahwa penyemprotan serat cincang ke plastik untuk bak dan spa tidak dipatenkan. “Kami selalu menggunakan infus vakum untuk membuat bagian FRP dari produk,” kata Kieffer, menambahkan “bagian kami memiliki hasil akhir yang halus, jadi kami lebih merupakan RTM ringan dengan pelat caul. Kami selalu membawanya ke tingkat berikutnya. Pelanggan datang kepada kami dengan masalah dan kami mencoba mencari solusi yang sesuai dengan kebutuhan mereka. Kami sangat inovatif, dan kami mematenkan perkembangan baru kami.”

Contoh bagian

Salah satu suku cadang yang diproduksi Plastics Unlimited menggunakan proses ini adalah perpanjangan tangki biji-bijian untuk John Deere menggabungkan yang dibuat oleh Deere &Company (Moline, Ill. U.S.). “Ini adalah bagian paling atas dari kombinasi, yang terbuka, di mana biji-bijian berada,” Kieffer menjelaskan. “Dibandingkan dengan tangki baja asli, tangki kami lebih tahan lama. Kami membuatnya dengan finishing halus di dalam dan John Deere hijau di luar dengan sisipan hitam di sudut-sudutnya. Ini adalah ekstensi tangki biji-bijian terbesar yang tersedia dan dapat dilipat rata. Ini adalah produk yang lebih direkayasa dibandingkan dengan pesaing kami, dengan busa dan tulang rusuk ditambahkan untuk meningkatkan kekakuan.” Beberapa tulangan baja juga diperlukan, yang sebenarnya dicetak, kata Kieffer, “bukan ikatan sekunder.”

Kombinasi bahan dan proses ini memberikan banyak ketangguhan pada bagian yang sudah jadi. “Kami memiliki video menjatuhkan balok beton di bagian ini,” kata Kieffer. Dengan mencetak perlengkapan baja, katanya, kekuatan tarik bisa 4-5 kali lipat yang dicapai dengan ikatan sekunder menggunakan perekat metil metakrilat standar industri.

Plastics Unlimited dapat membuat hingga 2.500 bagian ini per bulan, dengan beberapa panel berukuran 5 kaki kali 7 kaki. “Ini akan membutuhkan perkakas yang mahal, jika tidak dibuat menggunakan metode kami,” kata Kieffer, mencatat bahwa TEC dapat digunakan untuk bagian yang cukup besar — ​​hingga 8 kaki kali 11 kaki. “Bagian kami dapat memiliki lebih banyak bentuk dan geometri dibandingkan baja. Ini penting bagi pelanggan kami karena memungkinkan mereka membedakan melalui gaya. Ketahanan UV kami juga lebih baik daripada kebanyakan gelcoat.”

Plastics Unlimited memasok suku cadang untuk berbagai perusahaan, termasuk lift teleskopik Harley-Davidson dan Gehl. “Kami juga mengerjakan bagian sentuhan lembut yang terlihat dan terasa seperti kulit,” kata Kieffer. Perusahaan juga telah membuat komponen truk untuk Navistar dan suku cadang kendaraan rekreasi (RV) untuk Winnebago. “Kami lebih memilih produksi volume, dari 100.000 bagian per tahun hingga beberapa ratus.”

Kieffer mengakui bahwa injeksi serat panjang (LFI) dan pencetakan injeksi resin (RIM) adalah proses yang kompetitif, “tetapi bagian-bagiannya tidak sestruktur seperti yang kami lakukan. Misalnya, tangki gabungan gandum menampung 400 gantang, yang memberikan gaya 10 ton. Suku cadang RIM, yang tidak terlalu diperkuat, tidak dapat memenuhi jenis persyaratan beban ini dan perkakas RIM sangat mahal.”

Pengembangan lanjutan

“Kami melakukan banyak pekerjaan R&D dengan pelanggan kami,” kata Kieffer. “Kami mengeksplorasi berbagai resin, busa, laminasi, lapisan penguat dan pelapis, dan kemudian menunjukkan kepada mereka prototipe sehingga mereka dapat melakukan pengujian dengan sangat cepat. Kami akan mencoba membuat suku cadang lebih dapat diproduksi, dengan melihat cara mengurangi biaya dan meningkatkan kinerja, ditambah memenuhi berbagai persyaratan dalam layanan, seperti suhu dan benturan yang sangat panas dan dingin.”

Plastics Unlimited memiliki 100.000 kaki persegi ruang produksi dan 75 karyawan, termasuk tim yang terdiri dari tiga insinyur. Mesin CNC Thermwood 5-sumbu memungkinkan produksi perkakas internal dan juga pembuatan prototipe cepat, yang terakhir penting bagi pelanggan karena mereka berusaha mempersingkat jadwal pengembangan.

“Kami juga bekerja sama dengan perusahaan angkutan massal dan kedirgantaraan,” lanjutnya. “Banyak interior kereta bawah tanah saat ini FRP dengan gelcoat ditambah struktur aluminium di belakangnya. Mereka membutuhkan lapisan permukaan yang ringan tetapi juga kosmetik. Kami sedang melihat berbagai aplikasi, termasuk medis, listrik, dan konstruksi.”

Perusahaan juga mencari plastik yang diperkuat serat karbon thermoforming (CFRP). “Kami telah membentuk bahan Tepex dan Polystrand dan sedang mengerjakan berbagai pengembangan dengan pelanggan medis,” kata Kieffer. “Kami dapat menggunakan bahan plastik kelas atas seperti Kydex dan mendukungnya dengan CF/epoxy untuk aerospace, atau bahan seperti poliuretan, polikarbonat, dan ABS, yang memberikan hasil akhir yang bagus dan hemat biaya. Di balik plastik terakhir ini, kita dapat menggunakan poliester, vinilester, atau laminasi epoksi yang diperkuat serat kaca.”

Plastics Unlimited beroperasi di persimpangan plastik, logam, dan komposit, kata Kieffer. “Suku cadang kami biasanya 30 hingga 40 persen lebih ringan dari baja. Tapi kami menemukan pasar masih membutuhkan sedikit pendidikan tentang apa itu komposit dan apa yang bisa mereka lakukan.” Namun demikian, perusahaan melihat banyak potensi untuk pertumbuhan di masa depan. “Tidak semua bahan bekerja sama, dan terutama tidak semua resin bekerja dengan semua plastik,” catatnya. “Kami telah melakukan begitu banyak pengujian dan pengembangan selama bertahun-tahun sehingga kami memahami lanskap dan kemungkinan dengan sangat baik. Kami memiliki keahlian yang unik dan menawarkan berbagai kemungkinan solusi yang unik.”