Matrijsloze Constructie voor Eenmalige en Prototype-Onderdelen

Voor minder gewichtkritische, eenmalige componenten of pre-productie prototypes, kan dit proces tijd en kosten besparen ten opzichte van het conventionele proces voor het maken van een composiet onderdeel, waarbij normaal gesproken eerst een model wordt gemaakt, vervolgens een matrijs van dat model wordt afgenomen, om ten slotte de matrijs te gebruiken om het afgewerkte onderdeel te maken, vaak aangeduid als het vormen.

De voor de hand liggende voordelen van een 'matrijsloos' proces zijn de verminderde materialen, tijd en kosten die gemoeid zijn met het maken van zowel een model als een matrijs, die beide, in het geval van een eenmalig component, niet meer nodig zijn zodra het uiteindelijke component is gemaakt.

Een ander voordeel is dat volledig 3D-vormen, zoals de efficiency racer die in de tutorial is gemaakt, die anders meerdelige, gespleten mallen zouden vereisen om het mogelijk te maken het onderdeel uit de mal te verwijderen, in één stuk kunnen worden gemaakt, waarbij het schuim achteraf in stukken wordt gebroken en verwijderd.

Er zijn echter aanzienlijke nadelen aan dit proces waarmee ook rekening moet worden gehouden:

1. Geen herhaalbaarheid - Als u meer dan één component nodig heeft, is het minder werk en levert het een beter product op om een conventioneel vormgevingsproces te gebruiken.
2. Zwaardere componenten - Met behulp van een matrijsloze constructiemethode is het onmogelijk om componenten te produceren die zo licht zijn (voor dezelfde sterkte) als een gegoten onderdeel, vooral een die vacuüm geconsolideerd is.
3. Aangetast uiterlijk - Voor ongeverfde koolstofvezel onderdelen die het koolstofvezel uiterlijk laten zien, zal een mal-loze constructie altijd resulteren in wat extra weefselvervorming of visuele 'rimpels' in de versteviging.

In deze tutorial doorlopen we het volledige proces van het maken van een goed afgewerkte koolstofvezel carrosserie voor een efficiency racer door simpelweg koolstofvezel en hars op een handgevormde polystyreen schuimvorm te leggen.

De tutorial en handleiding bevatten informatie over:

• Welke materialen zijn geschikt voor de vorm
• Methoden voor het vormen van de schuimvorm die overeenkomt met uw ontwerp
• Hoe te voorkomen dat hars aan het schuim blijft plakken
• Het met de hand lamineren van de hars en versteviging op de vorm
• Overcoaten met extra hars om de afwerking te verbeteren

Schuim om de vorm te maken - Zie sectie 1 hieronder.

Spray Lijm - Wordt gebruikt om de release film op de schuimvormer te plakken. We adviseren 3M Scotch Super 77, hoewel de meeste universele permanente spraylijmen geschikt zouden moeten zijn. Easy Composites’ FusionFix is niet geschikt.

Niet-geperforeerde lossingsfilm - R210 lossingsfilm die wordt gebruikt om te voorkomen dat de lamineer epoxy aan het schuim blijft plakken.

Peel Ply (optioneel) - PP180 peel ply wordt gebruikt om de consistentie en afwerking aan de binnenkant van het laminaat te verbeteren en de secundaire hechting te verbeteren.

Epoxy Lamineerhars - Een geschikte epoxy lamineerhars om de versteviging te bevochtigen; we gebruiken EL2 Epoxy Lamineerhars met AT30 LANGZAAM harder voor een lange verwerkingstijd en uitstekende mechanische eigenschappen.

Versterking (d.w.z. koolstofvezel) - 3 lagen van 210g 2x2 twill koolstofvezel vormen de belangrijkste versterking voor het component. De meeste composietversterkingen zouden geschikt zijn, zoals koolstofvezel, glasvezel, vlas, enz. Aramiden (zoals Kevlar) kunnen worden gebruikt, maar zijn erg moeilijk vlak te schuren.

Epoxy Coating Hars - CR Coating Hars wordt in meerdere lagen over de bovenkant van het laminaat aangebracht en vervolgens gevlakt en gepolijst om de oppervlakteafwerking te verbeteren.

Dual Action / Excentrische Schuurmachine (optioneel) - Het vlakken en polijsten van een niet-gevormd component.

Vlakschuren / Afwerkingsschuurmiddelen - Dit proces omvat veel schuren en vlakken. We gebruiken een Mirka Deros excentrische schuurmachine met Abranet Ace en Abralon pads.

Polijstpasta (optionele pads en polijstmachine) - NW1 Zwarte polijstpasta gevolgd door TOPFINISH2 polijstpasta worden gebruikt om het onderdeel een hoogglanzende afwerking te geven.

Hulpstoffen - Lamineerborstels, aceton (voor reiniging), PBM, Perma-Grit snijschijf, stoffenscharen, handgereedschap voor het snijden en vormen van het schuim.

De meeste soorten schuim kunnen worden gebruikt om de mal te maken. Om de kosten van het project tot een minimum te beperken, is geëxpandeerd polystyreen (ook bekend als 'bead board') goedkoop en breed verkrijgbaar, omdat het vaak wordt gebruikt als huisisolatie bij bouw- en doe-het-zelfprojecten.

Andere soorten schuim kunnen ook worden gebruikt, zoals RTM-Styrofoam (blauw schuim) en het duurdere polyurethaanschuim, dat meer conventioneel wordt gebruikt bij het maken van composietpatronen.

Als u een type polystyreenschuim kiest, is het erg belangrijk om te onthouden dat harsen op basis van oplosmiddelen, zoals polyesterhars en plamuur, het schuim oplossen als ze er direct mee in contact komen. In deze tutorial gebruiken we geen harsen op basis van oplosmiddelen, maar dit is een belangrijke overweging als u polyesterharsen of vulstoffen zou gebruiken.

In dit geval worden standaard platen polystyreenschuim gebruikt om de vorm te creëren. De platen worden op maat gesneden om een blok schuim te maken dat iets groter is dan de geplande projectgrootte. De blokken worden vervolgens aan elkaar gelijmd met een schuimende PU-lijm, zoals Gorilla Glue. Deze is gekozen vanwege zijn sterkte, gebruiksgemak en de schuimende werking waardoor het op dezelfde manier schuurt als het schuim.

Zodra het blok aan elkaar is gehecht, worden eenvoudige kartonnen sjablonen van de boven- en zijaanzicht gemaakt. Als alternatief kan het schuim eenvoudig CNC-gesneden worden, of kan een hybride aanpak worden gebruikt waarbij doorsneden worden gebruikt met de openingen opgevuld met schuim en geschuurd tot de profielen van het aanzicht. Een hete draad kan worden gebruikt, maar deze snijdt de lijm niet en kan in eerste instantie moeilijker te schuren zijn, dus is het meest geschikt voor projecten zoals draagvlakprofielen en dergelijke.

De eerste ruwe vormgeving gebeurt met een traditionele houtzaag. Het schuim is gemakkelijk in vorm te zagen met de zaag en de basisvorm kan op deze manier gemakkelijk en snel worden gemaakt. Om de vorm verder te verfijnen, wordt de andere kant van het sjabloon gebruikt als schuurgids om de vorm nauwkeurig te verfijnen. Dit kan met de hand of met een schuurmachine met een schuurschijf van korrel 120.

Voor de fijne afwerking en vormgeving van de samengestelde rondingen wordt het blok uit de vrije hand geschuurd zonder sjablonen. Als een hoge mate van nauwkeurigheid nodig is, kunnen verdere sjablonen worden gebruikt om het schuren nauwkeurig te houden. Er moet op worden gelet dat de vorm zich ontwikkelt zoals bedoeld en er is regelmatige controle nodig om ervoor te zorgen dat de voortgang goed is. Deze fase is cruciaal omdat het de uiteindelijke vorm van het project ontwikkelt. Vaak zal het met de hand over het oppervlak van het blok gaan, hoge plekken en ruwe plekken benadrukken die anders moeilijk te zien zouden zijn. Het blok wordt vervolgens met de hand geschuurd om een gladder oppervlak te krijgen en om eventuele fijne details en rondingen af te werken.

Het doel van de release film is te voorkomen dat de hars zich aan het schuim hecht. Traditionele lossingsmiddelen zoals wax of PVA werken niet op de open textuur van een schuim zoals polystyreen en zouden nog steeds zorgen dat de hars zich mechanisch aan het schuim hecht, waardoor het moeilijk te verwijderen is. Daarom biedt het omwikkelen van het schuim met release film vaak een snelle en schone manier om een betrouwbare lossing van het polystyreen te krijgen. De release film wordt op het schuimblok bevestigd met een conventionele kleverige spraylijm zoals 3M Super 77 of andere spraylijmen.

De film wordt vervolgens op het schuimblok aangebracht en gladgestreken tijdens het aanbrengen. Kleine vouwen zijn geen probleem omdat ze niet te zien zullen zijn op het afgewerkte onderdeel. De vorm heeft mogelijk meerdere stukken film nodig en deze worden op dezelfde manier aangebracht en overlappend en afgeplakt met Flash Release Tape om het blok volledig te bedekken.

De eerste laag van de layup is de peel ply die wordt gebruikt om een glad, consistent oppervlak aan de binnenkant van het onderdeel te bieden. De peel ply wordt op het oppervlak gelegd en gemarkeerd om een snijlijn te creëren. Deze wordt vervolgens uitgesneden. Tegelijkertijd kan de peel ply vervolgens worden gebruikt als sjabloongeleider voor het snijden van de koolstofvezel. In dit geval streven we naar een dikte van 1mm, wat ongeveer drie lagen materiaal is. De vorm van dit project betekent dat het proces is opgesplitst in een boven- en onderhelft voor het lamineren, maar bij veel vormen is het mogelijk om het proces in één keer te doen.

In dit geval wordt de EL2 Epoxy Lamineerhars gebruikt en wordt een batch gemengd om de peel ply te lamineren. Een laag hars wordt op het schuim geborsteld en de peel ply wordt erop gelegd en nat gemaakt met hars voordat wordt overgegaan op het koolstofvezellaminaat zelf. Als grove richtlijn geldt dat bij handlamineren de hoeveelheid hars die nodig is om de stof nat te maken hetzelfde is als het gewicht van de stof, waardoor het relatief eenvoudig is om de benodigde hoeveelheid hars te berekenen.

Nu de peel ply is bevochtigd, worden de lagen versteviging één voor één aangebracht en bevochtigd totdat alle drie de lagen zijn aangebracht. Er moet op worden gelet dat de vezels volledig worden bevochtigd, waarbij de hars in de vezel tot in de stof wordt gewerkt. Platte spatels, rakel en zelfs vingerrollers kunnen worden gebruikt om de hars te verspreiden. Het doel is om de vezels volledig te bevochtigen, maar niet om een overmatige natte film achter te laten of harsophoping over het oppervlak. Zodra de lagen versteviging zijn aangebracht, kunnen de randen van de stof worden bijgesneden om de randen netjes te maken. Het laminaat wordt vervolgens volledig uitgehard.

Ter voorbereiding op de tweede laag worden de randen van het carbon ontbraamd en opgeruwd met schuurpapier met korrel 120. De tweede helft van de laag is vrijwel hetzelfde als de eerste en de peel ply en drie lagen stof worden zoals voorheen op het oppervlak gelamineerd. Zodra dit voltooid is, wordt het hele onderdeel 24 uur lang uitgehard.

Nu het onderdeel is uitgehard, gebruikt u schuurpapier met korrel 120 om het oppervlak van het onderdeel te ontbramen en op te ruwen. Het doel is niet om in het carbon te schuren, maar om eventuele lichte hoge plekken te verwijderen en het oppervlak een algehele opruwing te geven, klaar voor de hars coating. Dit kan worden gedaan met een schuurmachine, hoewel sommige hoeken en detailgebieden mogelijk nog met de hand moeten worden geschuurd om een gelijkmatige afwerking te krijgen. Zodra het oppervlak volledig is geschuurd, moet het onderdeel worden afgeveegd om stof of vuil te verwijderen.

Een extra hars coating is nodig om een oppervlak te bieden dat kan worden gevlakt en gladgemaakt zonder in (of door!) de dunne laag koolstofvezel te schuren. XCR Coating Resin is hier ideaal voor en biedt, eenmaal gevlakt en gepolijst, een uitstekende heldere glanzende afwerking.

De hars wordt afgewogen en grondig gemengd met behulp van de 'dubbel-potting'-methode. De hars wordt vervolgens in een redelijk dikke laag op het oppervlak geborsteld. Het moet net dik genoeg zijn zodat het niet overmatig wegloopt of wegvloeit. Zodra een gelijkmatige laag is aangebracht, wordt de hars gedeeltelijk uitgehard tot de B-fase, waar de hars net stevig is geworden maar nog steeds kleverig is. Dit is de ideale fase om extra lagen aan te brengen. Een tweede laag XCR Coating Resin wordt op vrijwel dezelfde manier aangebracht als de eerste en vervolgens volledig uitgehard.

Na het aanbrengen van de XCR Coating Resin met een borstel, zal het oppervlak glanzend zijn, maar nog steeds enigszins ongelijkmatig. Er kunnen ook hoge plekken, uitlopers en druppels zijn die allemaal weggeschuurd moeten worden. Dit gebeurt op een schuurmachine met een schuurschijf met korrel 120. Werk gelijkmatig over het hele oppervlak en controleer regelmatig de voortgang om te zien waar extra werk nodig is.

Het is waarschijnlijk dat u op sommige plaatsen in de koolstofvezel snijdt, als dit het geval is, is het noodzakelijk om nog een dunne laag XCR-hars op het onderdeel aan te brengen.

Zodra dat is uitgehard, is een laatste schuurbeurt nodig om eventuele kleine oppervlaktefouten te verwijderen. Omdat de afwerking al aanzienlijk gladder is, kunnen we beginnen met een schuurschijf van korrel 400 en deze glad schuren met de schuurmachine. Vanaf dit punt worden fijnere schuurpapiersoorten gebruikt om de krassen van de vorige korrel te verwijderen om een zeer glad oppervlak te krijgen dat klaar is om te polijsten.

Op dit punt wordt een schuurschijf van korrel 800 gebruikt. Er wordt een schuiminterfacepad gebruikt tussen de schijf en de schuurmachine, omdat dit het oppervlaktecontact op samengestelde rondingen helpt vergroten en helpt voorkomen dat gebieden worden overgeslagen. Dit wordt vervolgens gevolgd door Abralon-pads van korrel 1000 en 2000 die al een schuimrug hebben, dus er is geen interfacepad nodig. Een nevel van water op deze fijnere korrels helpt papierverstopping te voorkomen en zorgt voor een gladdere afwerking. Het onderdeel wordt vervolgens grondig gereinigd voordat wordt overgegaan tot polijsten.

Het onderdeel wordt vervolgens gepolijst met behulp van onze NW1 Grof Polijstmiddel. Dit wordt gelijkmatig en spaarzaam over het oppervlak van het onderdeel verdeeld en vervolgens gepolijst met een polijstmachine en een zachte pad. Werk gelijkmatig over het oppervlak en houd de pad in beweging om overmatige verhitting van het oppervlak te voorkomen. Als het meer dan licht warm aanvoelt, laat u het onderdeel afkoelen voordat u verdergaat.

De NW1 is een zelfverminderende polijstmiddel, wat betekent dat het fijner wordt naarmate er meer mee wordt gewerkt. Voor veel toepassingen is de glans die door de NW1 wordt geproduceerd alles wat nodig is. Voor een zeer hoogglans afwerking kan de NW1 echter worden gevolgd door de TopFinish 2, die op dezelfde manier wordt aangebracht en gepolijst.

Het enige wat overblijft is het bijsnijden van de wielkasten, het uitsnijden van het luik en het verwijderen van het schuim. Een snijlijn voor het luik wordt uitgetekend en vervolgens wordt het luik zorgvuldig uitgesneden met behulp van een Permagrit 19mm wolfraamcarbide snijschijf. De wielkasten worden bijgesneden door met een lamellenschijf in een slijpmachine de onderkanten af te schuren en het schuim bloot te leggen. Het luik wordt vervolgens verwijderd waardoor het schuim bloot komt te liggen.

Het verwijderen van het schuim kan het beste met een beitel en door het er met de hand uit te trekken. Hoewel een sterk oplosmiddel kan worden gebruikt, laat dit veel ontvlambare rommel en resten achter om af te voeren, dus voor een project van dit formaat is verwijderen met de hand de beste methode. Graaf al het schuim eruit en verwijder het van het afgewerkte onderdeel. De releasefilm en peel ply zijn dan gemakkelijk van het oppervlak van het onderdeel af te scheuren. De egale peel ply afwerking is ideaal voor verdere verlijming of laminering, afhankelijk van de toepassing van het afgewerkte onderdeel.

Er wordt een sponning gemaakt om het luik aan te bevestigen. Dit wordt eenvoudig gedaan door wat 0.75mm carbonplaat in stroken te snijden en deze vervolgens op de rand van het onderdeel rond de luikopening te lijmen met behulp van VM100 Methylmethacrylaatlijm. Het onderdeel is vervolgens afgewerkt met een gedeeltelijke vinyl wrap en enkele stickers om het voltooide onderdeel te geven.