Meskipun basis perusahaan pastilah penggulungan filamen, CompoTech telah mendorong proses itu ke dalam aplikasi baru melalui penggulungan berbasis pin, penggulungan berlebih, serta konsep perkakas dan material yang inovatif. Hasilnya adalah kelancaran dalam proses yang sering kali mencapai tingkat kinerja baru melalui hibridisasi, misalnya, dengan logam dan metode manufaktur seperti pencetakan 3D dan versi otomatis peletakan serat (AFL).
CompoTech memproduksi suku cadang untuk berbagai aplikasi termasuk peralatan industri (rakitan gripper vakum, kiri atas) dan peralatan pertanian (sprayer boom, kanan atas) dari fasilitasnya di Sušice, Republik Ceko (bawah). SUMBER:Bilsing Automation (gripper, kiri atas), Hardi International (spray boom, kanan atas) dan CompoTech.
CompoTech (Sušice, Republik Ceko) didirikan pada tahun 1995 oleh Ondrej Uher dan Vitek Sprdlik, sekarang masing-masing direktur R&D dan direktur teknis perusahaan. “Mereka awalnya membangun mesin penggulung filamen untuk memproduksi poros dayung kayak dan kano yang mengintegrasikan teknologi mereka sendiri untuk gulungan aksial serat 0 °,” jelas direktur pengembangan bisnis CompoTech Humphrey Carter. “Sekarang ini kompetensi inti. Kami telah menunjukkan bahwa konstruksi ini menghasilkan struktur yang lebih kuat dan kaku dengan ketahanan yang lebih tinggi terhadap tekuk serat.”
Perusahaan juga mengembangkan kemampuan untuk memutar hoop komposit integral untuk koneksi. Ini digunakan di bagian-bagian dari spar hang glider hingga driveshafts dan komponen industri. “CompoTech mendesain mesin dan perangkat lunak kontrol,” kata Carter. “Karena kami memiliki kendali penuh atas proses, kami dapat mengoptimalkan desain dengan lebih baik. Kami mengembangkan teknologi proses yang disesuaikan dengan kriteria desain dan dapat menyediakannya untuk mitra teknologi kami serta desainer dan produsen komposit. Misalnya, kami telah melisensikan teknologi tersebut ke Southern Spars/North Marine Group.”
Fiber angin CompoTech sekitar pin (kiri) untuk menghasilkan struktur dengan konektor terintegrasi (kanan). SUMBER:CompoTech
Merancang peralatan mesin
Saat ini, perusahaan mempekerjakan sekitar 50 orang, dengan hampir setengahnya di bidang desain dan teknik. Ini juga memiliki hubungan yang kuat dengan Universitas Teknik Ceko (CTU) di Praha dan juga ke Universitas Bohemia Barat (Pilsen, Republik Ceko). CompoTech telah mengembangkan solusi komposit untuk berbagai aplikasi, termasuk boom untuk peralatan penyemprotan pertanian, poros untuk ujung bilah angin, rangka dan roda sepeda, tabung dan rangka untuk gripper perakitan otomotif dan komponen gantry ringan untuk pemotong laser dan mesin CNC.
“Kami telah bekerja sejak awal 2000-an di sektor industri dan peralatan mesin karena prevalensinya di Republik Ceko,” jelas Carter. “Ini adalah industri yang sangat konservatif yang tidak mengenal komposit. Jadi, kami pergi ke pameran alat mesin dan mendidik mereka.” Industri tersebut telah mengetahui bahwa getaran dari bagian akselerasi dan dari permukaan pemotongan, seperti gigi gerinda, menyebabkan penurunan akurasi pemesinan dan umur pahat. CompoTech menjelaskan bahwa harmonik alat pemotong — getarannya berdasarkan massa, kekakuan, dan beban/gaya yang diterapkan — sering kali menjadi faktor pembatas dalam kinerja dan produktivitas. Tidak begitu diketahui bahwa plastik yang diperkuat serat karbon (CFRP) dapat digunakan dalam struktur mesin dan pemegang alat untuk mengurangi massa dan meningkatkan kekakuan vs baja. Menggunakan serat pitch, CompoTech melaporkan pengurangan berat 25% dan peningkatan kekakuan 200% (400 GPa dicapai dengan serat searah), masing-masing. Ini adalah dua cara utama untuk meningkatkan frekuensi alami struktur dan mencegah resonansi. Ini adalah saat struktur bergetar sendiri, yang memperburuk masalah untuk bagian berputar yang sudah rawan getaran dan mesin berkecepatan variabel.
CompoTech menggunakan CFRP dan bahan peredam tambahan untuk mengurangi berat dan meningkatkan kekakuan dan peredaman dibandingkan baja untuk mencegah getaran. Teknologi mereka juga mengurangi penyimpangan alat mesin, yang meningkatkan kinerja dan produktivitas permesinan. SUMBER:CompoTech
“Menggunakan proses kami untuk CFRP juga mengurangi penyimpangan alat mesin dibandingkan komposit yang diautoklaf karena kami menginduksi lebih sedikit tekanan termal,” tambah Carter. “Pemegang alat sering kali panjang, balok ramping yang dapat berubah seiring waktu, tergantung pada desain dan komposisi materialnya. Hal ini kemudian memengaruhi posisi relasional alat, sehingga mengurangi akurasinya.”
Untuk redaman, CompoTech telah melampaui sifat inheren komposit serat dan polimer untuk mempelopori penyertaan bahan lain, menyediakan 12 hingga 20 kali redaman baja, secara langsung melawan getaran dan bertindak untuk mempercepat peluruhannya (lihat grafik di atas). “Kami memiliki lebih dari satu dekade pengalaman merancang komposit teredam untuk mencapai sifat dan kinerja yang diinginkan,” kata Carter. Salah satu contohnya adalah desain pencekam benda kerja baru sehingga lebih sedikit gaya klem yang dibutuhkan dibandingkan dengan pencekam baja. Lain adalah perlengkapan yang dimodifikasi untuk memutar casing turbin tekanan rendah (LPT) mesin pesawat yang terbuat dari paduan Inconel 718 yang sulit dikerjakan. Dikembangkan melalui proyek INTEFIX yang didanai UE, CompoTech mengembangkan cincin CFRP untuk menggantikan cincin logam yang digunakan sebagai pelacak di perlengkapan. Hasilnya tidak ada kehilangan kekakuan atau fungsi sambil meningkatkan perilaku benda kerja dan kinerja pemesinan yang lebih baik. Akibatnya, fixture dibuat cerdas, mampu mengadaptasi penjepitan benda kerja sesuai kebutuhan selama proses berlangsung.
CompoTech telah berkembang , bekerja sama dengan CTU, KIMM, dan Samyang Reduction Gear, gearbox dan poros roda gigi hibrida logam/komposit kendaraan listrik yang menawarkan pengurangan bobot dan kebisingan. SUMBER:CompoTech
CompoTech juga sedang mengerjakan gearbox logam/komposit hibrida kendaraan listrik, yang bertujuan untuk mengurangi massa hingga 25 persen dan juga mengurangi kebisingan dengan meningkatkan frekuensi alami dan redaman. Proyek ini (2016 hingga Okt 2019) bekerja sama dengan Czech Technical University (CTU) di Praha, Institut Mesin dan Material Korea (KIMM, Daejeon, Korea Selatan) dan Samyang Reduction Gear Co. Ltd. (Inchon, Korea Selatan). Tubuh utama gearbox akan komposit dengan sisipan logam untuk permukaan bantalan. CompoTech merancang dan memproduksi kotak roda gigi atas dan bawah, serta poros roda gigi. Semua terdiri dari beberapa bagian, yang terikat secara perekat. CTU telah menyediakan pengujian dan analisis FE, sementara mitra proyek Korea memberikan spesifikasi teknis dan akan menyelesaikan, merakit, dan menguji kotak roda gigi.
CompoTech telah berkembang aileron satu bagian menggunakan gulungan filamen dan rusuk memanjang — sebagai pengganti rusuk sekat konvensional, prepreg dan ikatan perekat — menghasilkan struktur yang ringan dan tahan delaminasi, terutama di bagian trailing edge. SUMBER:Ginger Gardiner, CW di JEC 2019
Aileron tahan delaminasi
Carter menjelaskan bahwa banyak kinerja R&D CompoTech untuk peralatan mesin kemudian diterapkan pada aplikasi baru, seperti aileron untuk jet trainer L-39NG Aero Vodochody AEROSPACE (Odolena Voda, Republik Ceko). “Ini adalah aplikasi yang menuntut, dengan tekanan yang sangat tinggi di bagian belakang,” katanya. Selain beban penerbangan, versi pesawat yang dipersenjatai mengalami gelombang tekanan ketika roket yang dipasang di sayap ditembakkan. “Dengan konstruksi komposit konvensional, ada delaminasi pada trailing edge aileron,” catat Carter. “Kami menghilangkan semua ikatan perekat dan sebagai gantinya menciptakan struktur integral menggunakan gulungan filamen basah dan co-curing. Kami menghabiskan waktu berbulan-bulan untuk mengembangkan langkah-langkah desain dan proses. Pertama, penggulung berbantuan robot kami digunakan untuk menggulung empat balok kotak yang membentuk tiang aileron. Ini adalah trapesium dan kemudian bentuk-D di tepi depan dan belakang.” Trailing edge juga memiliki bagian terpisah untuk menciptakan permukaan yang lebih aerodinamis.
“Kami kemudian menggabungkan semua bagian ini pada mandrel mereka bersama-sama dan melawan angin untuk membuat permukaan luar di atas tulang rusuk memanjang,” lanjut Carter. Seluruh struktur dikantongi vakum dan dikeringkan pada suhu kamar dengan post-cure pada 90°C.
Proyek ini adalah contoh yang baik tentang bagaimana kami bekerja dengan pelanggan mengembangkan teknologi proses dan desain. Ide kami bukanlah memproduksi aileron atau bagian lain secara massal. Kami akan memproduksi mesin dan pelanggan kami akan memutar suku cadangnya.” Aileron sekarang terbang dan Aero Vodochody memiliki backlog 4 tahun untuk pesanan pesawat latih jet L-39NG.
Secara umum, proses penggulungan basah CompoTech didasarkan pada presisi, pada dasarnya membuat towpreg dengan cepat. “Kami kebanyakan menggunakan resin epoksi dan curing 100 °C,” kata Carter. “Untuk aplikasi yang membutuhkan Tg lebih tinggi, seperti beberapa alat downhole yang kami produksi untuk digunakan dalam industri minyak dan gas, kami dapat menyembuhkan pada 140 °C.”
Contoh 3D komposit seluler untuk kekakuan aksial tinggi, bagian berpotongan tebal dan kompleks. SUMBER:CompoTech
Proses baru
Komposit seluler 3D (3Dc) adalah nama CompoTech untuk serangkaian proses yang menghasilkan komposit dengan penguatan tiga dimensi. Menghasilkan penampang dengan tampilan seluler, konstruksi ini mencapai kandungan serat aksial tinggi dalam arah x yang saling berhubungan dengan serat dalam arah y dan z, yang membentuk dinding sel. Kami menciptakan proses ini untuk bagian tebal yang membutuhkan kekakuan aksial yang sangat tinggi,” kata Carter. Kekakuan itu diciptakan oleh kandungan serat 0° (aksial) yang sangat tinggi. Dinding sel juga membawa beban geser melintasi bagian melalui dinding sel dan memungkinkan bagian yang lebih menarik untuk direalisasikan, seperti slot-T yang ditunjukkan di atas.
Perusahaan ini juga memproduksi mandrel dan dukungan pencetakan 3D untuk memenuhi persyaratan torsi dan frekuensi alami tanpa laminasi yang lebih tebal. “Ini adalah proyek lain yang bekerja dengan CTU,” kata Carter, “di mana kami mengembangkan desain struktur internal otomatis.” Dia mencatat bahwa gulungan komposit termoplastik lepas landas secara besar-besaran. “Itulah langkah kami selanjutnya, untuk menggabungkan penggulungan termoplastik kami dengan pencetakan 3D dan menggunakan pelipatan untuk membuat alat cetakan inovatif untuk komposit serta struktur perkakas mesin.”
CompoTech menggunakan hibridisasi proses untuk membuat struktur gantry CFRP yang kaku dan ringan yang meningkatkan akurasi dan kecepatan alat berat. SUMBER:CompoTech, Eagle Laser.
