Infusi Resin Tanpa Alat untuk Bagian Komposit Kelas A

Memproduksi bagian komposit dengan finishing kelas A bukanlah Tujuan Suci — ada banyak perusahaan yang melakukan ini secara rutin. Namun, melakukan ini menggunakan infusi resin tanpa alat mahal atau gelcoat dan pada tingkat satu bagian per jam? Nah, itulah sesuatu yang unik.

Dari plastik ke komposit

Plastics Unlimited didirikan 25 tahun lalu oleh Terry dan Nancy Kieffer, menjelaskan putranya Dakota Kieffer, direktur penjualan dan pemasaran perusahaan. “Mereka adalah petani di Iowa dan telah mulai mencari industri baru yang berkembang,” katanya, “Mereka pikir plastik akan lebih baik daripada pengelasan atau pengolahan kayu dan mereka tidak ingin bersaing dengan tetangga mereka. Mereka melihat injeksi cetak, rotasional molding dan daur ulang plastik, tetapi kemudian menemukan termoforming, dan benar-benar memahaminya.” (Termoforming menggunakan panas dan vakum/tekanan untuk membentuk lembar termoplastik menjadi bagian yang dibentuk.)

Kemudian orang tua Kieffer bertemu dengan perusahaan yang membuat bagian plastik terpelapis serat kaca (FRP). “Mereka melihat betapa kuatnya FRP, tetapi juga bahwa memerlukan proses berlangkah banyak, sekitar empat jam per bagian — sehingga hanya dua bagian yang diproduksi per hari,” katanya lanjut. “Dibandingkan produksi kami dalam plastik, mereka merasa terlalu lambat. Kami memproduksi bagian setiap 2-6 menit — mungkin bahkan memproduksi 5-6 bagian sekaligus — sehingga ribuan bagian per hari.” Untuk menyelang kesenjangan, ayah Kieffer mencoba ide menggunakan cangkang plastik termoform sebagai alat.

Hasilnya adalah proses manufaktur bagian komposit tanpa alat, yang Plastics Unlimited sebut Tool-less Engineered Composite (TEC). “Ini menghapus langkah gelcoat dan tool release,” kata Kieffer. “Saat Anda termoforming, Anda dapat memeriksa permukaan Kelas A dan memastikan sempurna.” Dengan kata lain, permukaan Kelas A tidak tersembunyi di bawah laminat komposit. “Yang dibutuhkan hanyalah satu alat termoforming, dan proses masih masuk akal bagi pelanggan plastik kami.”

Proses komposit terpaten

Kieffer menyatakan bahwa komposit menggabungkan dua material untuk membuat material yang lebih baik daripada salah satu komponen sendirian. “Kami menggabungkan dua jenis material yang berbeda dan dua proses yang berbeda untuk membuat produk yang lebih baik.” Secara menonjol, sebuah produk yang terdiri dari plastik, resin dan serat kaca untuk menawarkan campuran unik manfaat. “Plastik berkinjti jauh lebih baik dalam dampak dibandingkan gelcoat,” katanya menjelaskan. “Ini juga mungkin untuk mencetak tekstur atau desain apa pun pada plastik, misalnya pola camouflage. Plastik juga menawarkan banyak kedalaman gambar tanpa polishing setelahnya, yang menghapus operasi finishing sekunder.”

Sementara itu, dibandingkan dengan pemetaan serat yang dipotong dalam proses cetak terbuka, teknologi terpaten ini memungkinkan kandungan serat yang lebih tinggi, kualitas yang lebih tinggi dan tidak ada/komponen organik volatil (VOC) rendah. Dia menjelaskan bahwa pemetaan serat yang dipotong pada plastik untuk bak dan spa tidak terpaten. “Kami selalu menggunakan infusi vakum untuk membuat bagian FRP produk,” kata Kieffer, menambahkan “bagian kami memiliki finishing yang halus, jadi kami lebih seperti RTM ringan dengan papan penekan. Kami selalu membawa ke tingkat berikutnya. Pelanggan datang kepada kami dengan masalah dan kami mencoba menemukan solusi yang bekerja untuk kebutuhan mereka. Kami sangat inovatif, dan kami mematent perkembangan baru kami.”

Contoh bagian

Salah satu bagian yang diproduksi Plastics Unlimited menggunakan proses ini adalah extensi tangki biji jagung untuk gabung John Deere yang dibuat oleh Deere & Company (Moline, Ill. AS). “Ini adalah bagian paling atas gabung, yang terbuka, di mana biji jagung duduk,” Kieffer menjelaskan. “Dibandingkan tangki baja asli, kami yang lebih awet. Kami membuatnya dengan finishing halus di dalam dan hijau John Deere di luar dengan sisip hitam di sudut. Ini adalah extensi tangki biji jagung terbesar yang tersedia dan dapat dilipat rata. Ini adalah produk yang lebih dirancang dibandingkan pesaing kami, dengan busa dan tulang penguat yang ditambahkan untuk meningkatkan kekakuan.” Beberapa penguat baja juga diperlukan, yang sebenarnya dicetak di dalam, kata Kieffer, “bukan sekunder direkatkan.”

Kombinasi material dan proses ini memberikan banyak ketahanan pada bagian yang selesai. “Kami memiliki video penurunan blok beton pada bagian ini,” kata Kieffer. Dengan pencetakan aksesoris baja, katanya kekuatan tarik keluar dapat 4-5 kali yang dicapai dengan perekatan sekunder menggunakan perekat metil metakrilat standar industri.

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

Plastics Unlimited menyediakan bagian untuk berbagai perusahaan, termasuk Harley-Davidson dan Gehl telescoping lifts. “Kami juga membuat bagian lembut yang terlihat dan terasa seperti kulit,” kata Kieffer. Perusahaan juga telah membuat komponen truk untuk Navistar dan bagian 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 injeksi resin molding (RIM) adalah proses yang kompetitif, “tapi bagian tidak setruktural seperti yang kami lakukan. Misalnya, tangki biji jagung gabung menampung 400 bushel, yang mengakibatkan gaya 10 ton. Bagian RIM, yang tidak terkuat, tidak dapat memenuhi persyaratan beban jenis ini dan alat RIM sangat mahal.”

Pengembangan berkelanjutan

“Kami melakukan banyak pekerjaan R&D dengan pelanggan kami,” kata Kieffer. “Kami mengeksplorasi berbagai resin, busa, laminat, lapisan penguat dan finishing, dan kemudian menunjukkan prototipe kepada mereka sehingga mereka dapat melakukan tes dengan sangat cepat. Kami akan mencoba membuat bagian lebih dapat diproduksi, melihat cara untuk mengurangi biaya dan meningkatkan performa, serta memenuhi persyaratan dalam pelayanan yang berbeda, seperti suhu panas dan dingin yang ekstrem serta dampak.”

Plastics Unlimited memiliki 100.000 kaki persegi ruang produksi dan 75 karyawan, termasuk tim tiga insinyur. Mesin CNC Thermwood 5-sumbu memungkinkan produksi alat internal dan juga prototipasi cepat, yang terakhir penting bagi pelanggan saat mereka mencoba memendekkan jadwal pengembangan.

“Kami juga bekerja sama dengan perusahaan transportasi massal dan penerbangan luar angkasa,” katanya lanjut. “Banyak interior kereta bawah tanah saat ini adalah FRP dengan gelcoat plus struktur baja di belakangnya. Mereka memerlukan ringan tetapi juga finishing permukaan kosmetik. Kami melihat berbagai aplikasi, termasuk medis, listrik dan konstruksi.”

Perusahaan juga melihat termoforming plastik terpelapis serat karbon (CFRP). “Kami telah membentuk material Tepex dan Polystrand dan sedang bekerja pada berbagai pengembangan dengan pelanggan medis,” kata Kieffer. “Kami dapat menggunakan material plastik high-end seperti Kydex dan membalasnya dengan CF/epoxy untuk penerbangan luar angkasa, atau material seperti polyurethan, polycarbonate dan ABS, yang memberikan finishing eksterior yang baik dan biaya-efektif. Di belakang plastik terakhir ini kami dapat menggunakan laminat polyster, vinylester atau epoksi terpelapis serat kaca.”

Plastics Unlimited beroperasi di persimpangan plastik, logam dan komposit, kata Kieffer. “Bagian kami biasanya 30 hingga 40 persen lebih ringan dari baja. Tapi kami menemukan pasar masih membutuhkan banyak edukasi tentang apa itu komposit dan apa yang dapat mereka lakukan.” Tetapi, perusahaan melihat banyak potensi untuk pertumbuhan di masa depan. “Tidak semua material bekerja bersama, dan terutama tidak semua resin bekerja dengan semua plastik,” katanya. “Kami telah melakukan begitu banyak pengujian dan pengembangan selama bertahun-tahun sehingga kami memahami lanskap dan kemungkinan dengan sangat baik. Kami memiliki keahlian unik dan menawarkan rentang solusi yang unik.”