תכנון בחומרים מרוכבים

מה מתכנן בחומרים מרוכבים צריך לדעת

מתכנן / מעצב מוצרים ארכיטקט או כל אחד אחר שלא מתחום הפיברגלס/חו"מ בד"כ מגיע אלינו ושואל "מה התכונות המכניות של סיבי זכוכית?", מה החוזק למתיחה של 3 ממ סיבי פחמן?" למרות שבד"כ אילו שאלות ספציפיות לא אילו השאלות אותם למעשה התכוון המתכנן לשאול.

פעמים רבות מתכנן שלא מהתחום מנסה להעזר בגישת ה"ספר" לתכנון מוצרים חו"מ. לדוגמא אם מסתכלים על קורת I מפלדה למפתח של 6 מטר לשאת עומס של 1 טון .המתכנן יפתח את ספר הקורות ויבחר מתוכו את עובי הקורה, רוחבה וכו'. למרבה הצער בחומרים מורכבים זה לא עובד ככה. מעטפת הביצועים של קורה מחומרים מרוכבים רחבה ויכולה להשתנות באופן משמעותי , אין דבר כזה חומר מרוכב גנרי. הפרמטרים שעושים חומר מרוכב גמיש בתכנון ומותאם לשימושים רבים עושים אותו באותה מידה מורכבים לתכנון יותר מחומרים אחרים. אנו ננסה לענות בקצרה על מבחר נושאים הקשורים לתכנון.

אנחנו לרשותכם בכל שאלה ועניין, אין שאלה לא טובה. תפקידנו לעזור לכם לייצר את המוצר המושלם בשביל זה אנחנו פה ובשביל זה מאגר המידע שלנו עומד לרשותכם.

חומרים מרוכבים משלבים מגוון רחב של חומרים, טכנולוגיות וביצועים

חו"מ הם חומרים הנדסיים המכילים מאגד (על פי רוב טרמוסטי) יחד עם חומר משריין (בד"כ סיבים). שרפים נוזליים משולבים בסיבים משריינים בתהליכי היצור מתקשים לחומר מוצק. קיימים סוגים רבים של שרפים וחומרים משריינים משולבים בתהליכי יצור אשר שילובם למעשה קובע את מרחב התכונות של החומר.

יש לפחות 6 משפחות של שרפים טרמוסטיים בהם משתמשים בחו"מ :פוליאסטר, ויניאסטר, אקרילי, אפוקסי, פנולי ושרפי אוריתן. הרשימה ממשיכה ומסתעפת אך חשוב להבין כי לכל משפחת חומרים מעטפת תוכנות רחבה אשר שחלקן חופפות בין המשפחות השונות. אם אתה רוצה לסוע מהר תקנה מכונית מירוץ, להרמת משאות משתמשים במשאית ובשטח נוהגים בד"כ ב4X4 , אותו דבר בשרפים. לדוגמא לעמידות קורוזיבית וינילאסטר מתאים, לחוזק למתיחה גבוה שרף אפוקסי יכול להיות הבחירה הנכונה, אם ביצועים מול מחיר חשובים פוליאסטר הוא הנפוץ .

בשרפי פוליאסטר הנפוצים ביותר, מגוון הפורמולציות כל כך רחב אשר השוני בין ויזואליות, עמידות קורוזיבית, חוזק עמידות טרמית מושפע מסוג הפוליאסטר הנבחר.

השרף נבחר ביחס לשימוש הפונקציונלי וביחס לדרישות המחיר של המוצר.

דומה הדבר בבחירת הסיבים המשריינים, סיבי זכוכית מהווים מעל ל90% משוק החומרים המורכבים מכאן גם השם הנפוץ " פיברגלס ". אם נדרש שימוש בסיבים מתקדמים יותר קבלר או סיבי פחמן אשר מציעים תכונות מכניות גבוהות אך במחיר משמעותי יקרים מסיבי הזכוכית.

סיבי הזכוכית מופיעים החל מסיבי מפוזרים אקראית " CSM " בעלי תכונות מבניות נמוכות וכלה בפתרונות טקסטילים חכמים קלי משקל , אריגים, בדים תפורים חד כיוונים, אשר לכל אחד מהם ייחוד מבני והתאמה פונקציונלית אחרת.

להתאמה פונקציונלית מירבית לקבלת עלות תועלת מקסימלית בחירת החומרים צריכה להיות מותאמת למוצר.

ישנם תהליכי יצור רבים ליצור חלקים מחומרים מורכבים

חו"מ נוצרים במגוון רחב של טכנולוגיות יצור החל מתהליכים פשוטים וזולים וכלה בתהליכי יצור מורכבים בעלי השקעות תשתיתיות גבוהות. בחירת תהליך היצור מבוססת בדרך כלל על שני מרכיבים. הראשון התכונות הסופיות הנדרשות מהמוצר והשני כמות נדרשת ליצור מהמוצר. יצור בתניות פתוחות מאפשר יצור של כמויות קטנות עד בינוניות וזת בהשקעה תשתיתי נמוכה בעוד שעלות העבודה גבוהה. מצד שני טכנולוגיות יצור בתבניות סגורות בהן ההשקעה גבוהה בתשתיות מאפשר עלויות עבודה נמוכות .

באופן טבעי הדילמה נוצרת בעת פיתוח חלק חדש, לטעמנו הבסיס הוא תחילת יצור בטכנולוגיות הדורשות השקעה נמוכה ככל הניתן ולהתקדם בתבניות והטכנולוגיה ככל שהמכירות מאפשרות זאת, אך זאת יש לעשות תוך ראייה עתידית בכך שאת התבניות ומערך היצור של הפרוייקט יש לתכנן כך שניתן להשתמש בו בהרחבות הטכנולוגיות.

בכל מוצר חדש, ניתוח קפדני ומקצועי צריך להעשות ולבחון את מחזור החיים של המוצר ואפשרויות העיבוד השונות לאורך חיים אלו.

אנו בXENOM עומדים לרשותכם בכל הנדרש על מנת להביא את מוצרכם באופן המהיר והזול ביותר לשוק.

אפיצות (טולרנסים) עולה כסף

במקרים רבים אפיצות המידות של המוצר קריטית. ההשאלה היא "כמה קריטי זה קריטי ?" ישנם הרבה עלויות נלוות בהקטנת אפיצויות, אשר מתחילות בבניות מודלים, בחירת חומרים וכלה בתהליכי יצור. זה מאד מתסכל לעבוד על מערך מידות בעלי אפיצות נמוכה אשר אין להם כל קשר לטיבו ותפקודו של המוצר.

מתכננים צריכים להיות ריאלים במתן המידות והאפיצויות אשר השפעתם על המחיר קריטית , במיוחד בבחירת תהליכי היצור השונים.

תבנית טובה = השקעה טובה

הרבה פעמים באים אלינו ואומרים " בוא נבנה תבנית זולה ופשוטה ואח"כ שהמכירות יעלו נבנה כלי יצור טובים יותר" . תבניות זולות בד"כ לא שוות את הכסף ששולם עבורן. איכות התבניות קשורה ישירות לאיכות המוצרים שיוצאים ממנה. בכל תסריט בו מעורבות תבניות זולות ניתן להגיד שתבנית זולה בד"כ תוציא מספר בודד של חלקים סבירים ואח"כ יתחילו הבעיות להתעורר.

בחומרים מרוכבים באופן חד משמעי האימרה "מה שאתה משלם זה מה שאתה מקבל" נכונה.בעלות הכוללת של בעיות איכות, דחייה במועדי אספקה, בעיות התקנה מאפילות על מחיר התבניות.

אל תחקו תהליכי יצור של מתכת

החלפה של חלקי מתכת בחלקי חו"מ לוקחת את התכונות האינרנטיות שהם מציעים. אבל עם חו"מ מעתיקים את הצורה והמבנה של חלקי מתכת הרבה פעמים היתרונות הללו הולכים לפח. מתכת וחו"מ מעובדים באופן שונה, מתכת מעוצבת בד"כ במוצרים קווים (לוחות, פרופילים וכו') בעלי פינות חדות ורדיוסים קטנים יחד עם הקשחות מקומיות.

בחו"מ מרחב האפשרויות רחב יותר לדוגמא חו"מ אינן מוגבלים ליצור לוחות לינאריים בעוד רדיוסים קטנים אינם מיטביים עם חו"מ. בחו"מ ניתן להתעלם מצילוע על ידי שימוש בחומרי ליבה המגדילים את מקד הקשיחות ללא הגדלת משקל.

מקסום היתרונות של חו"מ בה מתוך גישת THINK COMPOSITES.

שילוב יצרן החו"מ בתחילת התכנון

גישת היצור המשלוב שהחלה בשנות ה90 בה המתכנן, המהדס והיצרן עובדים במשותף בפרוייקט מגדילה את סיכויי ההצלחה. עבודה ציוותית מתחילת הפרוייקט מבטיחה כי כל האלמנטים נלקחים בחשבון לפני יצירת בעיות בלתי הפיכות. המתכנן חייב להכין והכיר את המגבלות הטכנולוגיות ואת תהליכי היצור בעוד היצרן חייב להכיר את הפונקציונלות של המוצר. תפקיד המהנדס הינו למצוא את חומרי הגלם להבטחת הביצועים הנדרשים במחיר הנמוך ביותר.

מכיוון שהיצרן נהיה במרכז הקלחת של יצור מוצר שעונה על הדרישות והמחיר הוא נהיה חיוני בתחילת התכנון.המתכנן והיצרן חייב לשלב את עבודתם על מנת למצוא את השילוב המדוייק בין העיצוב והיצור.היצרן יכול לכוון את המהנדס- מתכנן לבחירת התהליך והחומרים המתאימים ביותר למוצר.

הנסיון מראה כי שילוב היצרן בתחילת הפרוייקט חוסכת טעויות יקרות ועוזרת לעמוד בלוחות הזמנים.

אנו בXENOM עומדים לרשותכם בכל שאלה ועניין בפיתוח המוצרים.

 

מתוך מאמר של Bob Locavara – CFA

bannew