Een reclame zeppelin van composiet. Deel 2
Productiemethoden en ontwerp
Mocht je mijn eerste blog over de reclame zeppelin nog niet gelezen hebben, lees dan even hier om een leuke en nuttige voorgeschiedenis niet te missen.
De reclame zeppelin wordt geproduceerd van prepreg carbon weefsel. Door het gebruik van prepreg carbon weefsel vallen er al diverse productiemethoden af. De hars zit al in het weefsel verwerkt dus een vacuüm injectie proces is niet meer van toepassing. Er is vooral warmte nodig om de hars vloeibaar te maken en druk om de lagen goed aan elkaar te laten smelten.
Welke epoxyhars, welk carbonweefsel?
Maar welk type hars zouden we ook alweer gaan gebruiken voor de zeppelin? Het type hars dat in de prepreg materialen verwerkt word kan thermohardend of thermoplastisch zijn. Voor de reclame zeppelin was er epoxy prepreg beschikbaar, een thermohardende hars.
Epoxy is veel gebruikte hars, maar ook tussen verschillende merken heb je nog heel veel verschillen. Zo zijn er epoxyharsen die op hoge temperaturen moeten worden uitgehard, maar er zijn ook epoxyharsen ook die al op 80 graden celsius uitharden. Echter vaak is dan wel de langdurige maximale gebruikstemperatuur van het eindproduct ook maar 80 graden celsius. Mocht je een hogere gebruikstemperatuur nodig hebben dan zijn er twee opties; Ofwel je hardt het product uit op een temperatuur die je nodig hebt, ofwel je voert een postcure uit. Maar al deze keuzes hebben invloed op de productietechniek, mal materiaal, maar ook op het ontwerp. Daarom is het bij composieten van groot belang om tijdens het detailontwerp al na te denken over de manier van productie en materiaalkeuze.
Voor de zeppelin moesten we diverse onderdelen gaan produceren om het geraamte te kunnen maken, de ribben en langsverstijvers. De ribben zijn nodig om de ronde vorm van de zeppelin over de totale lengte te garanderen en met de langsverstijvers verbindt je de ribben met elkaar. Om een mooie gewichts-stijfheid verhouding te halen zijn er diverse vormen van verstijvers mogelijk beoordeeld een hoed verstijver, I-verstijver, etc. Om de beste vorm van de verstijvers te kiezen was alleen een berekening van het ontwerp niet voldoende. Productie testen waren ook van belang om te bepalen of de vorm gemaakt kon worden met het prepreg weefsel we beschikbaar hadden. Zo is twill/keper het meest voorkomende weefsel. Deze is makkelijker drapeerbaar voor complexe vormen. Echter de stabiliteit van het weefsel ligt tussen het plain/vierkant en satin weefsel in. Zie hiernaast de verschillen tussen de weefsels.
Verschillende soorten carbon weefsels
Als je op zoek bent naar een stabiel en visueel mooi carbon weefsel, dan is het vierkant weefsel een mooie optie. Afhankelijk van de vezel breedte kunnen er zeer bijzondere weefsels gebruikt worden voor een mooi visueel resultaat. Hoe breder het weefsel hoe lastiger deze te verwerken zijn in complexe geometrieën. Voor het verwerken van een weefsel in een complexere vorm is het toepassen van prepreg materialen makkelijker dan droog weefsel. Droge weefsels blijven namelijk niet in de vorm liggen zoals je het aanbrengt. Bij eenvoudige vlakke vormen is dit geen probleem. Na het aanbrengen van de vacuum zak wordt de hars nog door de droge weefsels heen getransporteerd met behulp van het vacuüm.
De ribben zullen de ronde vorm aan de zeppelin geven. Onze vraag hierbij was of we de ribben uit enkel carbon kunnen maken of een combinatie van carbon met een core materiaal (sandwich constructie). Met een sandwich constructie wordt hier geen lekker luxe boterham bedoeld. Een composieten sandwich is een symmetrische opbouw van weefsel lagen aan de buitenzijde en de dikte in het midden bestaat uit een kernmateriaal zoals een schuim, kurk of honingraat.
Heb jij al eens een product of paneel gemaakt waarin je een sandwich constructie hebt gebruikt? Post hieronder dan een foto en laat ons weten wat jouw ervaringen hiermee zijn.
Voordat we de ribbel gingen produceren hebben we hier wat samples van gemaakt om erachter te komen wat het beste maakbaar was. Uiteindelijk hebben we voor de ribben een productiemethode gevonden om een sandwichconstructie met schuim als kernmateriaal te kunnen toepassen. De ribben moeten mooi rond zijn. Het draperen van het weefsel is was niet bijzonder lastig, maar het rond vormen van de schuimkern wel. Het voorkomen dat het schuim breekt bleek een flinke uitdaging.
Wat is een autoclaaf?
Voor de productie van de zeppelin hadden we een kleine autoclaaf tot onze beschikking. Een autoclaaf is een oven in een drukvat. Na het opbouwen van je weefselpakket breng je een vacuümzak aan waarmee je vacuümdruk op het product kunt aanbrengen. Met een oven voeg je dan nog warmte toe, maar met een autoclaaf kun je ook nog extra druk op je product aanbrengen. Alsof er een olifant op je product gaat zitten. Hierdoor druk je nog meer luchtbellen uit je product en is de kwaliteit nog beter dan alleen met vacuüm. Echter voor veel producten is alleen vacuum voldoende. Een autoclaaf is duur in aanschaf en ook de verbruikskosten zijn hoog. Daarom hebben we voor de productie van de zeppelin ervoor gekozen om alleen de oven functie van de autoclaaf te gebruiken om de kosten zo laag mogelijk te houden.
Prepreg carbon niet alleen voor de luchtvaart
In de luchtvaart worden de prepreg materialen vooral op zeer hoge temperaturen ( tegen de 180 graden) verwerkt. Dit heeft er oa mee te maken dat de eigenschappen van de gebruikte epoxyhars dan het beste tot z’n recht komen. Daarnaast stelt de luchtvaart de allerhoogste eisen aan oa de hogere gebruikstemperatuur. Voor de particuliere sector zijn er ook vele prepreg carbonweefsels beschikbaar die al rond de 80 graden worden uitgehard. Maar hoe kun je deze temperatuur bereiken met eenvoudige technieken en zo laag mogelijke kosten? Met een kacheltje en wat luchtstroom, een pak steenwol isolatie, kun je een heel eind komen.Of als je product klein genoeg is, kan een normale oven ook prima werken.
Heb jij al eens een eigen oven of verwarming gemaakt om een mooi product te maken? Deel hieronder je foto ter inspiratie van andere enthousiastelingen!
Het ontwerp en productieproces van de verstijvers en de ribben zijn nu uitgezocht en getest. In mijn volgende blog zal ik de mal concepten en vacuümzak materialen bespreken waar je allemaal rekening mee kunt houden.