Témata
Reklama

Moderní technologie výroby kompozitních dílů

Kompozitní díly se kromě leteckého průmyslu stále častěji uplatňují i jako konstrukční díly automobilů a dalších strojů, u kterých záleží na nízké hmotnosti a vysoké pevnosti. Klasická technologie jejich výroby v autoklávu je však poměrně drahá a náročná na manuální práci.

Zda se v tomto ohledu něco změnilo a jaké moderní technologie výroby kompozitních dílů jsou dnes k dispozici, jsem se zeptal Romana Malíška, který má ve společnosti Engel na starosti prodej technologií pro lehké konstrukce.

Reklama
Reklama
Reklama
Roman Malíšek má ve společnosti Engel na starosti prodej technologií pro lehké konstrukce. (Foto: autor)

MM: Jaké technologie pro výrobu kompozitních materiálů společnost Engel nabízí?

R. Malíšek: Především je to technologie HP-RTM (High Pressure – Resin Transfer Moulding), která se používá zejména pro výrobu karbonových kompozitních dílů v automobilovém průmyslu. Principem je vysokotlaké lití pryskyřice do formy, do níž se vkládá suchá textilie z karbonových vláken. Vznikají tak klasické termosetové kompozity. Kromě toho jsme vyvinuli i technologii výroby termoplastických kompozitů in-situ, která využívá polymeraci kaprolaktamu na polyamid přímo ve formě na vstřikovacím lisu.

MM: Jaká je výhoda těchto technologií oproti klasické výrobě kompozitních dílů v autoklávu?

R. Malíšek: Tradiční technologie výroby kompozitních dílů nazývaná PAC (Prepreg Autoclave Curing) spočívá ve využití prepregů, tj. textilií přednasycených pryskyřicí. Práce s nimi je náročná, neboť se musejí skladovat při teplotě –18 °C a zpracovávají se manuálně. Rohože se musejí nejprve ořezat podle požadovaného tvaru, čímž vzniká poměrně značné množství odpadu, pak velmi pečlivě vložit do formy, srovnat a zavakuovat. Forma s nachystaným dílem se pak vkládá do autoklávu, v němž probíhá vytvrzení při 160 °C až 180 °C. Celý cyklus trvá podle konkrétních podmínek asi 3 až 12 hodin. Technologie je z těchto důvodů drahá a vhodná spíše pro menší série. Ale využívá se už řadu let, zejména v leteckém průmyslu, a v současnosti jde o nejrozšířenější způsob výroby karbonových dílů.
Dále existuje technologie PCM (Prepreg Compression Moulding), kde se jedná o lisování prepregů ve vyhřívané formě pod lisem. Výhodou jsou kratší cykly, řádově 10 až 15 minut, možnost automatizace, menší množství odpadu, ale je nutné používat dražší, rychle vytvrditelné prepregy. Tato technologie se hodí pro střední a velké výrobní série.

Technologie HP-RTM společnosti Engel nepracuje s prepregy, ale spočívá v impregnaci textilií termosety přímo ve formě. Při jejím vývoji šlo o zkrácení výrobního cyklu a zvýšení produktivity.

MM: Jak tedy výrobní proces s technologií HP-RTM probíhá?

R. Malíšek: Základem je suchá textilie, nejčastěji z uhlíkových, skleněných či aramidových vláken, vyztužená lepidlem. Ta se nařeže pomocí robotu nebo na 2D řezačce a robot pak připravenou textilii vloží do lisu, kde dojde k jejímu předtvarování. Poté ji vyjme a vloží do formy ve vertikálním vstřikovacím lisu. Po uzavření formy je z kavity vývěvou odsát vzduch a do dutiny se tlakem 150 až 160 bar vstříknou přes mísicí hlavu dva komponenty termosetové pryskyřice, která proteče voženou suchou textilií. Následuje vytvrzení při teplotě 160 °C po dobu řádově tří až pěti minut. Po vytvrzení je díl robotem vyjmut, oříznou se přetoky a tím je výroba kompozitové součásti dokončena. Tuto technologii lze aplikovat i na velmi komplexní tvary.

Automatická linka pro výrobu kompozitových dílů technologií HP-RTM. Vlevo předformovací linka Fill, v pravé části vertikální lis Engel v-duo s mísicí stanicí na pryskyřici od firmy Hennecke. (Zdroj: Engel)

MM: Zmínil jste vývoj. Jak dlouho probíhal a je tato technologie již průmyslově využívána?

R. Malíšek: Vývoj byl zahájen v roce 2011 a pokračoval v Centru pro lehké konstrukce, jež bylo v roce 2012 otevřeno v závodě v St. Valentinu. Toto vývojové a technologické centrum je vybaveno vertikálním vstřikovacím lisem a v současnosti zde pracuje 25 zaměstnanců. Technologie HP-RTM je již využívána v sériové výrobě v několika významných automobilkách.

MM: Z jakých částí se celá linka skládá?

R. Malíšek: Základem jsou vertikální lisy Engel řady v-duo s uzavíracími silami od 400 t do 3 600 t. Koncepce s vertikálními lisy byla zvolena s ohledem na snadné vkládání výztuže. Při vývoji a dodávkách spolupracujeme s několika strategickými partnery. Patří k nim firma Fill, která dodává předformovací linku, nebo společnost Hennecke, která dodává mísicí stanici na pryskyřici a zmíněnou mísicí hlavu. Všechny stroje včetně automatizace jsou ovládány z jednoho společného řídicího systému. Celé řešení lze dodat na klíč.

Vertikální lis Engel v-duo 1700. (Zdroj: Engel)

MM: Jaké jsou nejčastější aplikace?

R. Malíšek: Technologie je určena pro sériovou výrobu, přibližně od 10 000 dílů ročně výše. Použití kompozitních dílů přináší značnou hmotnostní úsporu, přibližně 60 % oproti ocelovým. Vylehčení konstrukce může napomoci požadavkům na další snižování emisí v automobilovém průmyslu, neboť možnosti v oblasti konstrukce spalovacích motorů jsou již prakticky vyčerpány. Příkladem takového výrobku je karoserie luxusního automobilu, u které kombinací kompozitových, ocelových a hliníkových dílů došlo k vylehčení o 130 kg a tím i ke snížení těžiště automobilu a zlepšení jeho jízdních vlastností. Nevýhodou je však zatím cena – obdobné díly z vysokopevnostní oceli aktuálně vycházejí až 10x levněji. Ale naším cílem je dostat technologii HP-RTM i do sériové výroby běžných vozů. Dalšími příklady aplikací v automobilovém průmyslu jsou různé designové prvky, jako například zrcátka, nebo velké plochy, jako jsou kapoty či střecha. Vyrábět lze také duté díly, při jejichž výrobě se využívá pískové jádro opletené karbonovou textilií. Používají se zejména jako funkční komponenty u motorových vozidel. Z kompozitů se rovněž vyrábějí i další funkční díly jako listové pružiny nebo také celokarbonová kola, což je však už vyloženě luxusní záležitost.

Výroba karoserie s použitím karbonových kompozitových dílů. (Zdroj: www.bmwblog.com)

MM: Jak je to s možnostmi recyklace?

R. Malíšek: Výhodou termosetových kompozitů oproti termoplastovým je, že jejich materiál nestárne a drží si své vlastnosti. Lze je trvale vystavit i povětrnosti. Možnosti recyklace jsou však omezené. Pryskyřice se dá chemicky odbourat a použité vlákno pak po úpravě využít například jako plnivo do vstřikovaných termoplastů.

MM: Můžeme se vrátit k technologii in-situ?

R. Malíšek: Při technologii in-situ se využívá opět suchá textilie, obvykle ze skelných vláken, která se vloží do formy, do níž se vstřikuje Ɛ-kaprolaktam. Jeho výhodou je nízká viskozita taveniny, která tak snadno prostoupí vloženou textilií. Následně proběhne jeho polymerace a krystalizace na polyamid 6 přímo ve formě. S ohledem na co nejlepší penetraci výztuže se zde opět používají vertikální lisy. Díl je následně robotem z formy vyjmut a přemístěn do druhé, v níž je obstříknut klasickým termoplastem, čímž jsou vytvořeny hladké okraje a další konstrukční prvky, například žebrování. Zpracování může probíhat paralelně na jednom stroji. Cyklus je rychlejší než u termosetů, řádově trvá několik minut. Takto vyrobené kompozity se hodí pro méně namáhané díly určené do vnitřního prostředí a lze je lépe recyklovat než termosetové.

Kompozitní materiály se často uplatňují jako designový prvek. Příkladem je celokarbonové kolo vozů Porsche. (Zdroj: newsroom.porsche.com)

MM: Jsou k dispozici ještě nějaké další technologie výroby kompozitních dílů?

R. Malíšek: Můžeme zmínit metodu tváření tzv. organoplechů. Jedná se o desky složené z několika vrstev karbonové textilie, mezi něž je vložena fólie z termoplastu. Z organoplechů se nařežou požadované díly, které následně robot vloží do infračervené pece. Po nahřátí je přemístí do formy, po jejímž uzavření dojde k vytvarování dílu. Použít lze vertikální i horizontální lisy.

Výrobní linka pro výrobu termoplastových kompozitů technologií in-situ s vertikálním lisem Engel v-duo. (Zdroj: Engel)

Nabízíme také technologii organomelt pro vstřikování plastů vyztužených krátkými vlákny. Doba cyklů je do 60 sekund. Příkladem aplikace může být výlisek plynového pedálu.

MM: Děkuji za rozhovor.

Pavel Marek

pavel.marek@mmspektrum.com

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 180406
Datum: 11. 04. 2018
Rubrika: Servis / Rozhovor
Autor:
Firmy
Související články
Rodinné podnikání v přesné strojařině

Brněnská firma VKV Horák se zabývá konstrukcí, vývojem a výrobou přístrojové mechaniky, přípravků, jednoúčelových strojů, forem pro vstřikování plastů, lití polyuretanových dílů a vakuovému tváření plastů. S jejím zakladatelem, panem Zdeňkem Horákem, jsme si povídali o aspektech podnikání v českém prostředí, o vzdělávání, kvalitě škol, průmyslu budoucnosti.

Synergie: klíč úspěchu

Na to, jak je mladý už toho ve své profesi dokázal vskutku hodně. Už na začátku vysokoškolského studia začal podnikat v oblasti jachtingu, do čehož spadá například distribuce materiálů pro povrchové úpravy a poradenství. Dnes je Ing. Viktor Brejcha nejen spojován se společností Sea-Line, ale především je specialistou pro kompozitní materiály ve společnosti Siemens Mobility.

Finance pro podnikání - Zaostřeno na úspory energie

„Je lepší dobrý úvěr a podpora úvěru než dotace. Jen tak se prokáže životaschopnost projektu.“ To jsou slova Ing. Vladimíra Fabera, zakladatele a dnes předsedy dozorčí rady české strojírenské společnosti FMP.

Související články
Jak vytvořit draka

Už několikrát jsme v našem časopise představili formule, které jsou dílem studentů českých technických univerzit. Mezi nimi rozhodně nesmí chybět ta, která spatřila světlo světa na VUT v Brně – dravý i elegantní Dragon 9.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Laserová i optická řešení a mnohem více

Pravidelné podzimní dny otevřených dveří uspořádala pro své současné i potenciální zákazníky koncem září společnost Lascam systems. Po tři dny mohli zájemci o laserové technologie navštěvovat showroom dceřiné společnosti Elya Solutions v Horních Počernicích, kde bylo v provozu více než sedm různých aplikací dceřiných i zastupujících společností. Jednotlivá stanoviště prezentovala široké portfolio aplikací a služeb, jež integrátorská společnost Lascam nabízí.

Nové technologie jako motor inovací - 2. část

Více než 3 000 společností z oboru plastů a kaučuku představí letos v říjnu produkty a řešení pro produktivní a zodpovědný dnešek, zítřek i pozítřek v rámci veletrhu K Düsseldorf.

Průmyslu zpracování plastů se otevírají nové možnosti

Společnost Engel, která si v letošním roce připomíná 30. výročí bezsloupkových vstřikovacích lisů, představí na veletrhu K 2019 řadu moderních technologií a automatizačních řešení. Jedním z hlavních témat letošního „káčka“ je také cirkulární ekonomika.

Nové technologie jako motor inovací

Více než 3 000 společností z oboru plastů a kaučuku představí letos v říjnu produkty a řešení pro produktivní a zodpovědný dnešek, zítřek i pozítřek v rámci veletrhu K Düsseldorf.

Düsseldorf se chystá na Káčko

K Düsseldorf - tento název je již 67 let symbolem největšího světového setkání v oblasti průmyslu plastů a kaučuku. Každé tři roky se v Düsseldorfu scházejí vystavovatelé a návštěvníci ze všech kontinentů, aby se seznámili s nejnovějšími výsledky vývoje v tomto dynamickém a inovativním průmyslovém odvětví.

Česko a Sasko společně pro plasty

Pracovní skupina zabývající se technologiemi plastů a vláknových kompozitů se na Vysoké škole v Žitavě/Zhořelci (Hochschule Zittau/Görlitz) začala postupně ustavovat v zimním semestru roku 2015.

Formárenský veletrh se blíží

Již třetí ročník formárenského veletrhu Moulding Expo v druhé polovině května bude hostit výrobce forem a nástrojů a dodavatelé potřebných technologií ve Stuttgartu. Pořadatelé sezvali novinářskou obec do slovinské Lublaně, kde prozradili několik detailu o blížícím se veletrhu. Součástí tiskové konference byla také návštěva místních nástrojáren a výzkumného centra pro formárenství.

Rodinné stříbro pro plasty

„Historie zavazuje, budoucnost motivuje.“ To je motto české rodinné strojírenské společnosti Chodos Chodov s tradicí dlouhou již 136 let. Firma kompletně vyrábí stroje a zařízení pod vlastní značkou CHODOS pro gumárenský a plastikářský průmysl, včetně příslušenství, tzv. pod jednou střechou. Firma má již od roku 1962 vlastní výrobní program, který konstrukční a technologické oddělení zabezpečuje a rozvíjí do současné doby.

Evropskou veletržní sezónu 2019 opět zahájí Lipsko

Lipské průmyslové veletrhy Intec a Z otevřou brány výstaviště pro svůj další ročník již ve dnech 5. až 8. února 2019. Výhodný termín konání hned na začátku roku znamená pro vystavovatele a návštěvníky z České republiky ty nejlepší předpoklady pro navázání či prohloubení obchodních kontaktů na mezinárodní strojírenské a subdodavatelské scéně.

České vize pro evropské plastikářství

Od raného mládí to šluknovského rodáka Zdeňka Rybczuka táhlo ke strojařině. Navzdory tomu je dnes vrcholovým manažerem v oblasti plastikářství – konkrétně působí ve firmě Coveris Rigid Zell Deutschland na pozici ředitele výroby a obchodu. Jaká byla jeho životní cesta a jak se stalo, že „konvertoval“ od kovů k plastům?

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit