Új technológiával válhatnak elterjedté a kompozitok

A legtöbb kompozitgyártási eljárás az elmúlt öt évtizedben a repülőgépipar elvárásai szerint fejlődött, ami egyet jelent a kis gyártási volumennel. „Évente néhány száz, esetleg néhány ezer elemről beszélünk, szemben a több százezerrel, amire az autógyártásban lehet szükség” – fogalmazott Chris Oberste, a WEAV3D vezérigazgatója, alapítója és technológiájának feltalálója.

A műszálakat gyakran kézzel helyezik fel az öntőformára, mielőtt befecskendeznék az azokat összefogó gyantát, majd az öntőformát a sütőbe helyeznék. Ez a megoldás alacsony produktivitást eredményez, továbbá rossz skálázhatóságot nyújt: „Ha ma száz alkatrészt csinálsz, de holnap ezret kell, akkor veszel tíz új öntőformát, és tízzel több ember csinálja a műszálak felhelyezését” – magyarázta el Oberste a SAE Internationalnek nyilatkozva.

A repülés igényei szerinti fejlesztés ahhoz is vezetett, hogy sok kompozit – repülésen kívül alkalmazva – szükségtelenül magas hővel és párával szembeni ellenállósággal rendelkezik, újrahasznosíthatóságuk pedig rossz.

Negyedére csökkentették a gyártási költséget

A kompozitok szélesebb körű alkalmazása egy új gyártási eljárást követel meg. A Georgia állambeli WEAV3D technológiáját Oberste doktori disszertációjában dolgozta ki. A nagy volumenű gyártást lehetővé tevő eljárásnál Oberste az alapoktól gondolta újra a kompozitok előállítását, amivel 75 százalékkal sikerült csökkenteni az előállítási költséget. Mint elmondta, a magas ár nagyrészt a munkaerőköltségből adódik, függetlenül a választott műszáltól.

Az eljárás kidolgozásakor szem előtt tartották a termoműanyagok használhatóságát, mivel az azokból álló gyártási hulladékot könnyedén vissza lehet forgatni a gyártási folyamatba, ami pedig kulcsfontosságú a nagy volumenű termelés megvalósításához. Továbbá hasznosították a már bevett gyártási eljárásokat, mint a fröccsöntést.

Rugalmas szerkezet

A gyártási eljárás átalakítása magának a kompozitnak az átalakításával is járt. A szálak helyét ma már nagy tömegben gyártott szén- vagy üvegszál erősítésű műanyag szalagok vették át. Ezekből a szalagokból rácshálós szerkezetet szőnek, a keresztezési pontoknál pedig préseléssel és olvasztással rögzítik egymáshoz a szalagdarabokat. A szalagok termoműanyagok, ami azt is jelenti, hogy a komplex formák kialakításához újra felmelegíthetőek és újra formálhatóak.

A rácsszerkezet akár több rétegből is állhat, ezenkívül a sűrűség, valamint a felhasznált szalagok összetétele folyamatos jelleggel változtatható, vagyis megoldható például, hogy egy kompozit elem egyik felében üvegszálas mellett szénszálas szalagot is használjanak a magasabb szilárdság elérése érdekében. Azáltal, hogy a háló sűrűsége nem állandó, optimalizálható az alkatrész szilárdsága és alakja is, közben pedig a kevesebb anyaghasználat által a költség is csökkenthető. A hálót körbefogó gyanta végül öntéses és préseléses eljárással is felvihető.

Potenciális vevő az autóipar

Az új kompozit egyik potenciális felhasználási területét az autók műanyag díszítőelemei képzik. Ezek gyakran fém megerősítést is igényelnek a szilárdságuk megtartása érdekében, kompozit anyaggal viszont azokra nem volna többé szükség, csökkentve a költséget, a műanyag alkatrészek pedig strukturális elemekké alakíthatóak.

A természetes szálanyagok megerősítésére szintén jól jöhet a WEAV3D kompozitja. A természetes szálak mechanikai tulajdonságaikat tekintve önmagukban alulmaradnak az üvegszállal szemben, az új kompozittal támogatva azonban még jobb teljesítményt is nyújtanak Oberste szerint.

Egy harmadik felhasználási lehetőséget az „okos felületek”, vagyis a kijelzőkkel és kapcsolókkal ellátott panelek adják. Normál esetben a műanyag paneleket furkálni kell és a vezetékek rögzítéséről is külön kell gondoskodni, azonban az új kompozitnál a műanyag hálóba lehetne integrálni a vezetékeket.