Grote samengestelde patronen met de hand maken

• Zo maak je profielsjablonen voor een patroon
• Het patroon in elkaar zetten, schuimvullen en vormgeven
• Het patroon coaten tot een hoge oppervlaktekwaliteit, klaar om een mal te maken

In deze instructievideo werken we op basis van een CAD-model om nauwkeurige profielsjablonen te maken, vullen we de contouren met polyurethaanschuim en maken we het patroon vorm en af zodat het gebruikt kan worden om een mal te maken.

Deze handleiding kan worden gevolgd, of je nu werkt met een CAD-ontwerp en CNC-bewerking gebruikt of met conventionele tekeningen en de profielen handmatig vormgeeft.

Er zijn veel verschillende manieren om patronen te maken, van eenvoudig met de hand vormgeven op het oog in materialen zoals hout en schuim tot 5 assen CNC bewerking van epoxy of polyurethaan modelplaat. In deze tutorial richten we ons op een hybride methode van CNC bewerking van profielsjablonen om te gebruiken als een precieze gids om polyurethaan schuim met de hand vorm te geven. De gebruikte technieken werken net zo goed zonder CNC bewerking door dezelfde sjablonen te printen en met de hand te profileren.

We nemen doorsnedeprofielen van een CAD-model om deze sjablonen te maken die worden gefreesd uit MDF-plaat. Deze sjablonen geven nauwkeurige verwijzingen naar belangrijke kenmerken en geven ook alle vlakke delen van het patroon de uiteindelijke afmetingen. Delen waar sprake is van enkelvoudige of samengestelde rondingen worden opgevuld met polyurethaanschuim tussen deze sjablonen en vervolgens met de hand gevormd tot de uiteindelijke vorm. Zodra de vorm is gemaakt wordt het oppervlak gecoat met gespecialiseerde patrooncoatings Pattern Coat Primer en Pattern Coat High Gloss voordat het wordt gevlakt en gepolijst tot de uiteindelijke patroonafwerking.

Er zijn een aantal materialen die gebruikt kunnen worden voor het maken van patronen. Het is belangrijk om er zeker van te zijn dat de belangrijkste constructiematerialen compatibel zijn met het patrooncoatsysteem en dat de uiteindelijke patrooncoating geschikt is voor gebruik met het beoogde matrijzenbouwsysteem.

Het Unimould tooling systeem hardt uit bij kamertemperatuur en is compatibel met de meeste harssystemen die waarschijnlijk zullen worden gebruikt voor het coaten van patronen, zoals polyester, polyurethaan vinylester en epoxy, Sommige verfsystemen kunnen echter worden aangetast door het styreen in de Unimould Tooling Gelcoat, met name 1k verven zoals je zou vinden in een typische 'rammelaar-can' spuitverf, dus we zouden sterk afraden om een rammelaar-can spray te gebruiken als een patroon coating, bepaalde goed uitgeharde 2k verfsystemen kunnen worden gebruikt, maar het testen van de compatibiliteit is essentieel voor gebruik. In dit geval gebruiken we de beproefde PatternCoat™ coatings om het oppervlak voor te bereiden.

De volgende compatibiliteitskwestie is die met het gekozen patrooncoatingsysteem en het patroonconstructiemateriaal, aangezien we de PatternCoat Primer en Hoogglans gebruiken, moeten we ervoor zorgen dat het patroonmateriaal hiermee compatibel is. De makkelijkste fout die je hier kunt maken is om polystyreen te gebruiken in plaats van het polyurethaan dat we in deze tutorial gebruiken, als je dit doet zal het schuim oplossen zodra de PatternCoat wordt aangebracht! Dit komt omdat de Pattern Coat systemen gebaseerd zijn op polyesterhars dat styreen bevat, het is dit styreen dat het schuim zal oplossen. Afgezien hiervan zijn de meeste andere gangbare materialen - zoals houten modelplaten en schuim - compatibel. In het geval van kunststoffen is een goede hechting en schuren nodig om de PattenCoat te laten hechten, dus nogmaals, als je twijfelt, test dan op compatibiliteit!

Patroonvormende materialen

Om het patroon zelf vorm te geven heb je een geschikt materiaal nodig om de profielen te maken, gebruikelijke materialen voor grotere patronen zijn MDF of multiplex, voor kleinere patronen is PVC75 schuimkernmateriaal vaak een goede keuze omdat het gemakkelijk te snijden is met een mes en toch beter bestand is tegen schuren dan polyurethaanschuim tijdens het vormgeven, een voorbeeld van het gebruik van PVC75 voor het maken van profielen vind je in onze tutorial over airboxen. De profielen moeten aan elkaar worden gelijmd met een geschikte lijm zoals onze ET500 epoxy.

Nadat de profielen zijn gemaakt, heb je materiaal nodig om de openingen tussen de profielen op te vullen. Er zijn veel materialen die hiervoor kunnen worden gebruikt, maar onze polyurethaanschuimen zijn een uitstekende keuze omdat ze bestand zijn tegen chemicaliën en gemakkelijk met de hand te vervormen zijn. We hebben 2 densiteiten in dit type schuim, het schuim met lage densiteit is goedkoper en kan het snelst worden vervormd, terwijl het schuim met hoge densiteit een nauwkeurigere en gedetailleerdere vormgeving mogelijk maakt en dus het meest geschikt is voor patronen met een nauwere maattolerantie. Over het algemeen zijn polystyreen isolatieschuimen niet geschikt voor het maken van patronen omdat ze moeilijk nauwkeurig te vormen zijn en oplossen wanneer ze bedekt zijn met polyester patrooncoatings. Deze schuimen kunnen in de profielen worden gelijmd met een expanderende polyurethaanlijm. Deze lijm is normaal gesproken verkrijgbaar bij een ijzerhandel, een veelgebruikt merk is Gorilla Glue.

Carrosserieplamuur voor auto's wordt gebruikt om eventuele gaten tussen de schuimblokken en de profielen en de cellen van het schuim op te vullen.

Patroonvorm-gereedschap

Om de profielen met de hand te snijden, wordt normaal gesproken een decoupeerzaag gebruikt als je met hout werkt of een mes als je met PVC-schuim werkt.

Voor het vormgeven van het schuim kunnen gewone houtbewerkingszagen het grootste deel van het materiaal gemakkelijk verwijderen. Dit kan dan in de uiteindelijke vorm worden geschuurd met schuurpapier en schuurblokken. De Permagrit SB280 schuurblokken zijn een erg handig hulpmiddel voor deze klus.

Patrooncoating materialen

Het patroon wordt gecoat met 2-4 lagen Pattern Coat Primer. Voor elke laag wordt ongeveer 500 g per vierkante meter gebruikt. Het aantal lagen hangt af van de nauwkeurigheid en kwaliteit van het onderliggende patroon. Bij de eerste schuurbeurt zal duidelijk worden of er meer lagen nodig zijn, omdat het onderliggende schuim kan 'doorbreken'.

Na het gronden kun je optioneel de Pattern Coat Gloss gebruiken. Deze wordt meestal aangebracht met ongeveer 300 g per vierkante meter. Zowel de Pattern Coat Primer als de Pattern Coat Gloss moeten worden gekatalyseerd met 2% MEKP.

Voordat je begint met de fysieke constructie moet je zorgvuldig overwegen welke profielen het nuttigst zijn om nauwkeurige referenties te bieden bij het vormen. Deze profielen bestaan meestal uit een middellijn en dan extra profielen als er een duidelijk kenmerk, een kritieke geometrie of een scherpe verandering in het profiel is. Je moet streven naar zo weinig mogelijk profielen terwijl de belangrijkste dimensies toch worden weergegeven. Te veel profielen kan niet alleen de initiële ontwerp- en assemblagetijd verlengen, maar ook de tijd die nodig is voor de uiteindelijke vormgeving.

Als je patroon vlakke delen heeft, moeten deze worden 'uitgetimmerd', dus de profielen moeten ook worden ontworpen om deze vlakke panelen op de juiste manier te ondersteunen.

Om de profielen met handgereedschap te snijden, worden eerst de profielen op het materiaal afgetekend. Dit kan door de profielen met de hand op maat te tekenen of, als je met een CAD-ontwerp werkt, kunnen de profielen op papier worden afgedrukt en met spuitlijm op de plank worden aangebracht. Het profileren gebeurt meestal met een decoupeerzaag. Het beste is om de zaagsnede ongeveer 1 mm te groot te maken, zodat de laatste verfijning met een schuurblok gedaan kan worden.

Als je snijdt met een CNC-router of lasersnijder, dan moet je normale snijmethodes gebruiken voor je machine.

De gaten tussen de profielen kunnen nu worden opgevuld met schuim. Eerst moeten de stukken schuim op maat worden gesneden zodat ze tussen de profielen passen en ongeveer de uiteindelijke vorm van het patroon volgen. Het schuim moet buiten de profielen uitsteken om ervoor te zorgen dat het hele uiteindelijke oppervlak met schuim wordt bedekt. Om het polyurethaanschuim in het frame te lijmen kun je het beste een expanderende polyurethaan houtlijm gebruiken. In dit project gebruiken we Gorilla Glue, maar er zijn ook andere lijmen verkrijgbaar. Dit type PU-lijm gebruikt vocht uit de lucht om uit te harden, dus om het uitharden te versnellen en het schuimen te bevorderen kun je de oppervlakken besproeien met water uit een spuitfles.

Zodra de lijm is uitgehard, kunnen de blokken worden gevormd naar het onderliggende raamwerk. De eerste ruwstappen kunnen worden uitgevoerd met een handzaag en daarna kan er worden geschuurd met de hand of met een vlakschuurmachine. Er moet op worden gelet dat er niet te veel materiaal wordt verwijderd tijdens deze beide stappen, omdat lage plekken later moeten worden opgevuld met carrosserieplamuur, wat vervolgens moeilijker is om gelijkmatig in vorm te schuren. In samengestelde (dubbel) gebogen gebieden moet de vorm van het patroon op het oog worden gevolgd om de vloeiende overgangen tussen de profielen te behouden.

EL2 epoxy lamineerhars is een uitstekende keuze voor hand layup van koolstofvezelonderdelen, inclusief onderdelen voor cosmetische afwerking, omdat het uitstekende mechanische eigenschappen combineert met een zeer goede helderheid en natuurlijke UV-stabiliteit. Het biedt ook een snelle wet-out van de wapening en minimale luchtbellen.

EL2 moet nauwkeurig worden afgemeten en grondig worden gemengd volgens de instructies. Eenmaal gemengd is de pot-life van de hars ongeveer 10 minuten en dus moet je onmiddellijk beginnen lamineren.

Na het vormen van het schuim blijven er kleine openingen over tussen de profielen van het raamwerk en het polyurethaanschuim. Deze kunnen worden opgevuld met standaard polyester carrosserieplamuur. Zorg er bij het opvullen voor dat je alleen de ruimte opvult en geen hoge vlekken achterlaat, want hoge vlekken in carrosserieplamuur kost veel moeite om weg te schuren. Als de gaten gevuld zijn, kan het schuim worden afgeschuimd met het vulmiddel. Het doel van dit stadium is om de open cellen van het schuim te vullen zodat de patrooncoatings een consistente ondergrond krijgen.

Bij het afschuimen van het schuim moet de plamuur op het oppervlak worden geplakt en meteen weer worden weggeschraapt tot aan de bovenkant van het schuim, zodat alleen de cellen gevuld blijven. Een veelgemaakte fout bij deze stap is om een dikke laag plamuur over het oppervlak te laten. Dit zou later erg moeilijk te vormen blijken, dus het is het beste om in kleine porties te werken en ervoor te zorgen dat het teveel wordt verwijderd terwijl je over het oppervlak werkt. Nadat de plamuur is uitgehard, moet je alle kleine oneffenheden wegkloppen met een schuurblokje.

In dit project gebruiken we PatternCoat Primer, een high build en makkelijk schuurbare patrooncoating. Het is gebaseerd op een polyesterharssysteem en moet daarom worden gekatalyseerd met MEKP (2%). In dit project hebben we ervoor gekozen om de primer te spuiten, dit is een snelle en gelijkmatige manier om de PatternCoat aan te brengen, maar het is heel goed mogelijk om uitstekende resultaten te bereiken met een kwast. Het duurt alleen een paar minuten langer om het vlak aan te brengen, maar voor kleinere patronen is kwasten vaak de beste keuze als je rekening houdt met het opzetten en schoonmaken voor het spuiten.

Vanwege de hoge viscositeit van de primer is een bekerpistool het spuitpistool bij uitstek, hoewel het niet de fijne niveaus en controle en afwerking van een HVLP biedt, bouwt het snel een dikke laag op en is het zeer gemakkelijk schoon te maken. Elke laag primer wordt aangebracht met ongeveer 500 g per vierkante meter.

Nadat de eerste laag ongeveer 4-6 uur is uitgehard, zul je merken dat door de uniforme kleur een paar onvolkomenheden zoals krasjes, speldenprikken en lage plekken opvallen. Deze kunnen eenvoudig worden opgevuld met carrosserieplamuur. Nadat deze onvolkomenheden zijn aangepakt, kan het hele patroon worden afgevlakt om alle hoge plekken te verwijderen voordat de tweede laag wordt aangebracht. Ook dit kan eenvoudig met de hand worden gedaan met schuurpapier korrel 120 of met een DA (dual action) schuurmachine.

Na het afstoffen kan de tweede laag worden aangebracht, dit is gewoon een herhaling van de eerste laag, maar nu zou het oppervlak egaler moeten zijn en zonder lage plekken.

Nadat de tweede laag is uitgehard, kan het patroon volledig vlak worden geschuurd om eventuele sinaasappelhuideffecten en kleine onregelmatigheden te verwijderen met schuurpapier korrel 240. Vergeleken met conventionele harsen en gelcoats is de primer voor patrooncoat bijna als krijt en wordt hij ongelooflijk snel vlak en verstikt of verstopt de schuurmiddelen niet.

Als je geen glanzende afwerking nodig hebt, is het mogelijk om een mal rechtstreeks uit de primer te trekken als je door de schuurmiddelen heen werkt tot ongeveer korrel 1200, maar in dit project willen we een volledig glanzende mal, dus met de Pattern-Coat Hi Gloss rechtstreeks uit het schuurmiddel van korrel 240.

De glanzende patrooncoating is opnieuw op polyesterbasis en moet dus worden gekatalyseerd met MEKP. Hoewel borstelen perfect mogelijk is, hebben we er opnieuw voor gekozen om dit materiaal te spuiten, aangezien dit een lagere viscositeit heeft dan de primer, kan een conventioneel HVLP-spuitpistool met een groot mondstuk van 2,5 mm worden gebruikt, wat een betere afwerking oplevert dan met een bekerpistool. Maak je geen zorgen als je geen spuitfaciliteiten hebt, want net als de primer kan deze glanscoating heel effectief met een kwast worden aangebracht en is hij heel goed zelfegaliserend.

Nadat de glanslaag 12 uur heeft gelegen om volledig uit te harden, kan het oppervlak worden gevlakt en gepolijst. Beginnend met 400 korrel wordt het hele oppervlak gevlakt om sinaasappelschil en puntjes die zijn achtergebleven door het spuiten te verwijderen, Nadat het oppervlak volledig vlak is gemaakt met schuurpapier korrel 400 gaan we over op schuurpapier korrel 800 voordat we overgaan op nat schuren met de hand met korrel 1200. De samengestelde gebogen gebieden worden alleen met het papier gedaan en voor de vlakke gebieden en enkele krommingen wordt het papier om een blok gewikkeld om een perfect vlak gezicht te behouden. Als het vlakschuren met 1200 korrel klaar is, wordt het patroon schoongemaakt, het water vervangen en het proces herhaald met 1500 korrel. Wanneer je overstapt op een fijnere schuurkorrel, is het echt belangrijk om deze schoonmaak- en waterwissel uit te voeren omdat het ervoor zorgt dat je niet rond de deeltjes van de vorige korrel wrijft en krassen veroorzaakt.

Vanaf de korrel 1500 kunnen we verder gaan met de laatste polijstbeurt, hiervoor gebruiken we polijstpasta NW1 die speciaal is ontworpen voor composietharsen. Tenzij je patroon heel klein is, kun je dit het beste doen met een schuimpad op een polijstmachine, maar als je doorzettingsvermogen hebt kun je het ook helemaal met de hand doen.

In tegenstelling tot veel andere polijstmiddelen heeft de NW1 geen water nodig en droogt het niet snel uit, dit polijstproces is in wezen hetzelfde als het polijsten van autolak en je moet ervoor zorgen dat je de pad in beweging houdt en je niet concentreert op een klein gebied om oververhitting van het oppervlak te voorkomen, het is een goede gewoonte om regelmatig met je hand te controleren of het oppervlak koel blijft. Dit specifieke polijstmiddel is zelf-afbouwend, dus hoe meer je ermee werkt, hoe fijner het wordt en in staat zou moeten zijn om je in één stap tot een volledig spiegelend polijstmiddel te brengen. Na het polijsten kun je de laatste resten van het polijstmiddel wegvegen met een microvezeldoek, wat een spiegelend polijstmiddel op je voltooide patroon zou moeten onthullen!