Manfaatkan Komposit: Kunci Bagian CNC Ringan dan Efisien

Lightweighting adalah proses mengurangi berat bagian untuk alasan lingkungan dan/atau ekonomi. Insinyur mencapai bagian ringan pada tingkat desain dengan menghapus bahan yang tidak diperlukan, baik dengan menghubungi bagian, menggunakan jaring dalam desain mereka, atau memanfaatkan optimasi topologi. Metode efektif lainnya untuk lightweighting adalah mengganti bahan berat dengan bahan yang lebih ringan yang memenuhi persyaratan mekanis krusial. Bagian yang lebih ringan lebih ramah lingkungan, lebih hemat biaya, dan lebih hemat bahan bakar, ditambah mereka sering menawarkan tim produk lebih banyak opsi bahan.

Lightweighting adalah teknik yang sangat populer di industri otomotif, penerbangan, dan konstruksi. Aplikasi umum untuk lightweighting di industri otomotif — salah satu kasus penggunaan paling prominent — termasuk blok mesin, rangka, dan berbagai bagian lainnya. Jika tim produk tidak mengejar lightweighting melalui elemen desain seperti jaring, melainkan melalui penggunaan bahan yang lebih ringan, penting bagi mereka untuk menggunakan bahan yang tidak mengorbankan kekuatan atau daya tahan — komposit seringkali memenuhi syarat.

Apa itu Bahan Komposit?

Bahan komposit adalah campuran heterogen dari dua atau lebih bahan yang dirancang untuk mencapai properti tertentu. Properti akhir dari bahan komposit pada akhirnya akan tergantung pada komposisinya, tetapi secara umum, komposit lebih kuat dari salah satu bahan dasarnya sendiri.

Bahan komposit ideal untuk lightweighting karena, menurut berat, mereka lebih kuat dari sebagian besar bahan homogen berkinerja tinggi di pasar. Struktur paling umum untuk komposit terdiri dari serat yang diikat oleh matriks pengikat. Komponen ini bekerja sama untuk menggabungkan aspek terkuat dari masing-masing. Serat penguat dalam komposit membebani beban sementara matriks di sekitarnya, yang sering terdiri dari polimer, memastikan serat mempertahankan posisi relatif mereka. Akibatnya, dalam beberapa kasus komposit dapat hingga 10 kali lebih kuat dari baja dan 8 kali lebih kuat dari alumunium, tetapi tetap ringan luar biasa. Bagian yang diproses CNC yang dibuat dengan bahan komposit ringan lebih hemat bahan bakar dan lebih mudah diangkut atau dipasang.

Selain kekuatan tinggi, daya tahan, dan berat rendah, bahan komposit cenderung menawarkan fleksibilitas desain yang meningkat. Mereka dapat dengan mudah dicetak untuk sesuai dengan geometri kompleks, menjadikannya ideal untuk digunakan dengan pemesinan CNC. Dan karena ada begitu banyak kombinasi bahan yang tersedia untuk komposit, para perancang dapat menemukan komposit CNC yang disesuaikan yang akan memenuhi persyaratan unik mereka.

Bahan Bangunan Komposit Umum

Dua klasifikasi bahan komposit yang paling berlaku untuk lightweighting adalah komposit matriks polimer (PMCs) dan komposit matriks logam (MMCs). PMCs, juga dikenal sebagai polimer terpelat serat, adalah yang paling umum dan menggunakan resin berbasis polimer untuk matriks dan serat karbon atau kaca untuk penguat. MMCs populer untuk lightweighting di industri otomotif dan menggunakan logam seperti alumunium untuk matriks dan karbida silikon untuk penguat serat.

Komposit ringan dapat dibuat dari banyak kombinasi bahan yang berbeda, jadi insinyur memiliki banyak bidang yang harus ditangani ketika datang ke pemilihan bahan. Berikut adalah tiga bahan bangunan komposit umum yang digunakan untuk lightweighting bagian yang diproses CNC.

1. Karbon

Serat karbon ada dalam dua varietas utama — karbon berbasis poliakrilonitril (PAN) dan karbon hasil pich. 90% serat karbon di pasar saat ini berbasis poliakrilonitril, dan serat ini menawarkan nilai kekakuan dan modulus yang tinggi, serta nilai kekuatan-berat yang mengesankan. Karbon cocok untuk lightweighting karena ia adalah bahan komposit dengan densitas rendah dengan potensi penurunan berat yang tinggi — sebenarnya, ia 50% lebih ringan dari baja.

Aplikasi umum untuk komposit serat karbon yang diproses CNC termasuk rangka, bodi, dan komponen lainnya di industri penerbangan dan otomotif. Sayangnya, biaya adalah keterbatasan paling signifikan dari karbon. Menurut Jurnal Ilmiah Penelitian Teknik Internasional, ia 570% lebih mahal dari baja, yang terlalu mahal bagi banyak tim produk. Juga, serat karbon memiliki resistensi dampak rendah, yang harus diingat oleh insinyur untuk lightweighting di industri otomotif.

2. Kaca

Bahan pengisi komposit kaca ada dalam lima komposisi komersial yang berbeda — E-kaca, C-kaca, S-kaca, R-kaca, dan T-kaca. E-kaca adalah serat kaca yang paling umum digunakan dalam matriks polimer untuk lightweighting dan menawarkan properti mekanik yang luar biasa, isolasi listrik yang tinggi, dan kerendahan sensitivitas terhadap kelembaban. Serat C-kaca paling baik untuk aplikasi di mana bagian membutuhkan resistensi kimia, tetapi S-kaca memiliki kekuatan, resistensi panas, dan modulus yang lebih tinggi.

Pengisi kaca masih dapat digunakan sebagai bahan komposit untuk lightweighting, tetapi insinyur harus tahu bahwa bagian terpelat serat kaca akan lebih berat daripada bagian terpelat serat karbon dan memerlukan akomodasi desain khusus dalam aplikasi di mana kekakuan tinggi diperlukan. Tim produk dan perancang harus mempertimbangkan faktor-faktor ini selama fase desain. Meskipun memiliki keterbatasan ini, banyak produk menggunakan serat kaca karena mereka jauh lebih hemat biaya daripada serat karbon.

3. Alumunium

Komposit matriks logam berbasis alumunium sangat populer untuk lightweighting di industri otomotif. Secara umum, alloy alumunium memiliki beberapa rasio kekuatan-berat tertinggi dari logam yang umum tersedia, menawarkan konduktivitas listrik yang luar biasa, dan sangat tahan terhadap karat. Yang lebih baik lagi, komposit alumunium beratnya sekitar satu bagian dari tiga dari baja.

Ketika alumunium dimasukkan dalam MMC, bahan komposit dapat memiliki modulus yang lebih tinggi, koefisien ekspansi termal yang lebih rendah, dan kekerasan yang lebih tinggi daripada alumunium tanpa penguat. Aplikasi umum di industri otomotif termasuk rangka kendaraan, kabel listrik, roda, bagian mesin, dan lebih banyak lagi. Sayangnya, bekerja dengan alumunium dapat meningkatkan biaya manufaktur.

Memulai dengan Komposit CNC

Bagi insinyur yang ingin memesinan bagian yang kuat, fleksibel, dan tahan kerusakan tanpa menambahkan bulk ekstra, bahan komposit adalah pilihan sempurna untuk lightweighting. Komposit matriks polimer dan komposit matriks logam mewakili dua kategori luas bahan komposit, dan setiap komposit yang masuk ke salah satu kategori ini dapat terdiri dari banyak kombinasi bahan yang berbeda. Sebagai akibatnya, bisa tantang bagi tim produk untuk memastikan mereka memilih bahan komposit yang tepat untuk proyek mereka.

Mitra manufaktur berpengalaman seperti Fast Radius dapat membantu tim produk menguasai proses pemilihan bahan. Tim perancang, insinyur, tukang mesin, dan teknolog ahli kami memiliki dekades pengalaman dalam memandu tim melalui seluruh proses pengembangan produk, jadi kami tahu bahwa bagian luar biasa dimulai dengan bahan yang tepat. Hubungi kami hari ini — kami di sini untuk membantu.

Untuk lebih banyak tips tentang cara mendapatkan hasil maksimal dari pemesinan CNC, kunjungi artikel blog terkait di pusat sumber daya Fast Radius.

Siap membuat bagian Anda dengan Fast Radius?