ראשי מאמרים אוטוקלאבים וסטריליזטורים חדש! הקשיית חומרים מרוכבים מחוץ לאוטוקלאב

חדש! הקשיית חומרים מרוכבים מחוץ לאוטוקלאב

מבט היסטורי:
במהלך השנים האחרונות אנחנו רואים עליה די דרמטית בשימוש במגוון חומרים מרוכבים בתעשיות השונות. החל בתעשיות מוצרי הצריכה הביתיים ועד תעשיית הרכב האיירוספייס, הופכים חומרים מרוכבים מתקדמים לנפוצים יותר ממה שנראה לנו.

בשנת 1941 ייצרה חברת פורד אב טיפוס לרכב שהורכב מפנלים עשויים פלסטיק וכללו מגוון חומרים כמו יוטה, סויה וקנבס שנתמכו יחד בעזרת שרף פנולי.
ההרכב נקרא בזמנו "SOYBEAM". בשנת 1950 הוכנס הפיברגלס בתצורות שונות לשימוש ע"י BOEING במטוסי הנוסעים ומשם השימוש בחומרים מרוכבים המשיך להתפתח, כאשר במטוס החלומות 787B שטס לראשונה ב 2011, הוכנסו כ 50% חלקים מבניים מחומרים מרוכבים מתקדמים (CFRP), תוך הורדה מסיבית של משקל ושמירה על חוזק גבוה. המתחרים מ- AIRBUS הבינו את הפוטנציאל, ובנו כמעט במקביל את ה- 350A תוך מעבר לחומרים מרוכבים מתקדמים ברמות של יותר מ 50% מהמבנה גם כן. בין האלמנטים העיקריים שהפכו לחומרים מרוכבים במטוסים אפשר לציין: חלקי גוף ראשיים, כנפיים, דלתות כני נסע, חיפויי מנוע, כל הנוצות (הגאים ומדפים) ועוד. חשוב לציין שהתהליך היה אבולוציוני והתבשל במהלך שנים רבות עד המעבר החד שנעשה לאחרונה.

חומרים מרוכבים:
חומרים מרוכבים הם שילוב של שניים או יותר של חומרים שונים שלאחר חיבורם הם חזקים יותר מאלו שמרכיבים אותם, כבר אריסטו  טבע את המושג "השלם שגדול מסכום חלקיו"  שמתאים מאד למקרה של חומרים מרוכבים.

חומרים מרוכבים הם בעיקרון למינציות פריפרג תרמופלסטי או תרמוסטי (על קצה המזלג, את החומרים הפלסטיים מחלקים לשתי משפחות : תרמופלסטים ותרמוסטים. ישנם הבדלים מהותיים ביניהם, שמשמעותיים מאוד לסוג השימוש שניתן לעשות בחומר. בחומר תרמופלסטי במצב מוצק ניתן להתיך ולהשתמש שוב, ואילו חומר תרמוסטי ניתן להפוך למוצק רק פעם אחת. לאחר מכן, בחשיפה לחום גבוהה הוא יתפרק ויישרף. היכולת של חומרים תרמופלסטים לעבור ממצב מוצק לנוזל וחזרה ולשמור על התכונות גם לאחר התכה וקירור הופכת אותם לזמינים לאין ספור יישומים). גיליונות הפריפרג הללו הם חומרים ארוגים או מכווני סיבים שתי תצורות לפני הספגתם בשרף או מוספגים מראש. למינציות פריפרג מקבלות כיוון ספציפי במהלך הליווח עד קבלת העובי הדרוש. בין שכבה לשכבה מוסיפים שרף אפוקסי ללמינציה שמוסיף בסופו של התהליך קשיחות ותמיכה. השימוש בשרף הוא בהתאם לאפליקציה. במהלך הליווח וההקשיה (CURING) חשוב למנוע מרווחים והיעדרויות (VOIDS) בין שכבה לשכבה. הצמיגות והטמפרטורה הם המשתנים המשפיעים על המרווחים בין השכבות במהלך התהליך. אחרי גמר הליווח מוכנס החלק לאוטוקלב תחת שק ווקום.

הדמיה למינציה

                                               איור : הדמיית למינציה איזוטרופית מלווחת (איזוטרופי- אחיד ללא תלות כיוניות)

 

אוטוקלאב

                                                                                     איור: אורינטציה של למינציה

 

האתגרים בהתפתחות תהליכים:
בעשור האחרון צוברת לה פופולריות טכנולוגיית הקשיה שונה בשם OOA ( קשיה ללא אוטוקלב- OUT OF AUTOCLAV)  אפשר לראות בשיטה זו אי אלו יתרונות על השיטה הישנה המבוססת על תהליך ההקשיה באוטוקלב. בבסיס השיטה השקעה קפיטלית נמוכה יותר ועלות תהליך לטווח ארוך הנמוכה משמעותית מהתהליך הקודם. בנוסף מתקבלת גמישות רבה יותר בנושא גודל החלקים. הגון יהיה לציין גם חסרון בולט שזמן מחזור התהליך בתנור מחוץ לאוטוקלב עלול להיות ארוך יותר על מנת למנוע היעדרויות וחללים ( VOIDS ). מיותר לציין שביטול החללים בחומר הוא בעל חשיבות עליונה על מנת לשמר את הקשיחות המבנית של המוצר הסופי. הסטנדרט המקובל  הוא : 1% <  VOIDS 1% > שפחות ממנו ייווצר אפקט איכות בעייתי על החלק. כמובן שבאפליקציות איירוספייס מצב כזה הוא קריטי. ניתן לעמוד בסטנדרט באמצעות ה OOA, אך צריך לנקוט אמצעי זהירות בזמן הליווח ולמנוע חללים שנוצרים עקב פגמים בחומר המורכב ומלכודות אוויר או נדיפים במהלך ההקשיה, היות ובתהליך אין לנו את אלמנט הלחץ שמגיע מהאוטוקלב (חללים אלו אמורים להעלם בהוצאת אוויר ונדיפים מהחלק כאשר בונים את שק הווקום).

ההבדלים בין תהליך אוטוקלב ותהליך OOA
השוני העיקרי בין תהליך אוטוקלב טיפוסי ותהליך הקשיה בתנור (OOA) הוא למעשה בצורת יישום הווקום. באוטוקלב כל תא העבודה הוא תחת ווקום ובתהליך הקשיה בתנור רק החלק עצמו נמצא תחת משטר ווקום באמצעות שק שהוכן מראש. על מנת להשיג את התוצאות הרצויות בחומרים מרוכבים מתקדמים ( CFRP/BMI ואחרים ) בתהליכי OOA ו VBO חשוב להקפיד על נהלי עבודה והנחיות המפרטים בעת הכנת החומר לליווח.

→ אוטוקלב SEUP

                                                              תרשים אוטוקלאב                                                                                        

 

תנור OOA

                                                                                    חלק מטופל בתנור OOA

 

תנורים לטיפול בחומרים מרוכבים:
תנורי ההקשיה (CURE) המתקדמים לחומרים מרוכבים, שונים בתכלית מיתר תנורי הזיקון האחרים, בעיקר בגלל הדרישות הנוספות של התהליך. תנורי ההקשיה והזיקון של חומרים מרוכבים משלבים בתוכם אלמנטים נוספים לשליטה על תכונות מיוחדות:

  • הכוונת זרימת אוויר , זרימת אוויר נכונה בתנור חשובה ביותר להבטיח הקשיה ראויה לפריט
  • התנור מכיל מכווני זרימה לכיסוי נכון של החלקים, אפקטיבי במיוחד בחלקים מורכבים גיאומטרית. במכוונים אפשר למצוא לעיתים גם חרירים להפניית זרמי האוויר לאזור מאד מסוים על החלקים.
  • יציאות לצמדים תרמיים (תרמוקפלים) – למדידה ומעקב טמפרטורות של החלק כמו גם טמפרטורות התהליך בתוך התנור.
  • יציאות לחיבור ווקום – לחיבור החלק למערכת הווקום (הווקום האופייני "25 כספית כאשר ההפסד המותר של יהיה קטן >  "1 כספית/ שעה).
  • מערכת קירור מסייעת – לעזור בקירור מבוקר של החלק ע"י הוספת מנחתים ממונעים שהפעלתם בעיתוי מסוים עוזרת להגיע לטמפרטורה רצויה בנקודות מוגדרות (SET POINT).
  • התנור בנוי להגיע ולעמוד בדרישות  2750 AMS ודרישות איירוספייס אחרות , כמובן שנדרש ממנו לעמוד באסמכות NADCAP
  • הצמדים התרמיים/ תרמוקפלים חייבים להיות מאד מדויקים.
  • מהתנור נדרשת יכולת חזרתיות ועקביות.
  • נדרשת יכולת כזו שתאפשר הקשייה של יותר מחלק אחד בתנור.
  • התנור נדרש לעבור מבחן כשירות ודיוק SAT (system accuracy test).
  • התנור נדרש לעבור בהצלחה סיקור טמפרטורה לאחידות TUS -temp. Uniformity   survey.
  •  בחלל התנור חייבת להישמר הטמפרטורה ברמה של F 5° (+/-).

התנורים הייעודיים לחומרים מרוכבים מחויבים להיות בנויים עם מערכת בקרה ופיקוח מתקדמת על מנת לשלוט על תהליך ההקשיה הקריטי:

  • טמפרטורת התנור (קצב עלית טמפרטורה , שהייה וקירור)
  • טמפרטורה על החלק
  • יכולת לפקח כל תהליך ההקשיה במשך כל המהלך
  • נדרשת יכולת לחולל מידע מתאים
  • דרוש בקר שמסוגל לשמור מידע בארכיב
  • דרושה מערכת רב משימתית לחלקים שונים
  • נדרשת יכולת בקרה ופיקוח על הווקום להבטיח אי היווצרותם של פגמים ( VOIDS ) בחלקים.

קצת על התהליך:
לאחר שהחלקים הוכנו (COMPACTION) בחדר הנקי הם מונחים על עגלה ומגולגלים לתוך תנור קר. (במערכי ייצור חדשים אפשר גם באוטומציה מלאה). מערך ההפעלה ("המתכון") תלוי במספר פרמטרים. בין הפרמטרים המתנים ומשפיעים על התהליך נמנים: סוג השרף, עובי החלק, משקל החלק, משקל הכלי, טמפרטורת ההקשיה של השרף, הזמן הנדרש  להקשיית השרף וכו'. המשתנים הנ"ל ישפיעו על קצב עליית הטמפרטורה, ההשהיה בטמפרטורה וקירור החלק בתנור. מרגע שהתהליך הוגדר המפעיל יתכנת את הפרמטרים והבקר ייקח שליטה על מנת להשיג תוצאות מיטביות וחלקים שמישים ( אפשר גם לתכנת את המידע מראש ברמה של תפריטים מוכנים ).

מבט לעתיד:
התהליך מחוץ לאוטוקלב OOA לא יחליף את תהליך האוטוקלב, בוודאות במקומות בהם כבר בוצעה השקעה קפיטלית והאוטוקלב עובד ומייצר.  מאידך יש הרבה מאד אפליקציות קיימות וחדשות בהם תהליך ההקשיה בתנור יכול להציע יתרונות על התהליך באוטוקלב. השימוש בתהליך האלטרנטיבי של תנור (OOA) ילך ויגדל יחד עם התבגרותו של התהליך ופיתוח תרכיבי חומרים מותאמים במיוחד במחיר אפקטיבי יותר ובגמישות טכנולוגית יתרה.

 

כנסו לקטגוריה של אוטוקלאבים, וראו איזה אוטוקלאב מתאים לכם.

גלריית תמונות חדש! הקשיית חומרים מרוכבים מחוץ לאוטוקלאב , תמונה 1
2020 © כל הזכויות שמורות לאלקטרוטרם שיווק בע"מ, אין להעתיק, לשכפל טקסטים, תמונות וכל חומר אחר באתר זה ללא אישור בעלי החברה.
נבנה על ידי @ לוגייט טכנולוגיות    |    עיצוב על ידי: TROI