Harsinfusie zonder gereedschap voor Class A composiet onderdelen

Composietonderdelen produceren met een Class A afwerking is niet de Heilige Graal – er zijn veel bedrijven die dit op routinematige basis doen. Maar dit doen met harsinfusie zonder dure gereedschappen of gelcoats en met een snelheid van één onderdeel per uur? Nou, dat is uniek.

Van kunststoffen naar composieten

Plastics Unlimited werd 25 jaar geleden opgericht door Terry en Nancy Kieffer, legt hun zoon Dakota Kieffer, sales en marketing director, uit. Ze waren boeren in Iowa en begonnen te zoeken naar een nieuwe en groeiende industrie, vertelt hij. Ze dachten dat kunststoffen beter zouden zijn dan lassen of houtbewerking en wilden niet concurreren met hun buren. Ze keken naar spruitgieten, rotomoulden en kunststofrecycling, maar kwamen dan thermovormen tegen, en begrepen het echt. (Thermovormen gebruikt warmte en vacuüm/druk om thermoplastische vellen in gevormde onderdelen te vormen.)

Toen Kieffer's ouders in contact kwamen met een bedrijf dat glasvezel-versterkte kunststof (FRP) onderdelen maakte. Ze zagen hoe sterk FRP was, maar ook dat het een lang, meervoudig proces vereiste, ongeveer vier uur per onderdeel – dus maar twee onderdelen per dag geproduceerd, vervolgt hij. Vergeleken met onze productie in kunststoffen, vonden ze dat te langzaam. We produceerden onderdelen elke 2-6 minuten – misschien zelfs 5-6 onderdelen tegelijk – dus duizenden onderdelen per dag. Om de kloof te overbruggen, bedacht Kieffer's vader het idee om een thermovormd kunststof dop als gereedschap te gebruiken.

Het resultaat is een gereedschapsloos composietonderdelen productieproces, dat Plastics Unlimited Tool-less Engineered Composite (TEC) noemt. Het verwijdert de gelcoat en gereedschap loslaat stappen, zegt Kieffer. Ook, wanneer je thermovormt, kun je het Class A oppervlak inspecteren en zorgen dat het perfect is. Met andere woorden, het Class A oppervlak is niet verborgen onder een composiet laminaat. Al wat nodig was was een enkele thermovorm gereedschap, en het proces had nog steeds zin voor onze kunststof klanten.

Gepatenteerd composietproces

Kieffer merkt op dat een composiet twee materialen combineert om een beter materiaal te maken dan elk bestanddeel apart. We combineren twee verschillende typen materialen en twee verschillende processen om een beter product te maken. Een product dat bestaat uit kunststof, hars en glasvezel om een unieke mix van voordelen te bieden. Kunststoffen presteren veel beter bij impact dan gelcoats, legt hij uit. Het is ook mogelijk om elke textuur of ontwerp op de kunststof te printen, bijvoorbeeld een camouflage patroon. De kunststoffen bieden ook veel diepte van afbeelding zonder nablikken afterwards, wat secundaire afwerkingsoperaties elimineert.

Terwijl, vergeleken met het besproeien van gehakte vezel in een open vormproces, stelt deze gepatenteerde technologie een hogere vezelinhoud, hogere kwaliteit en geen/lage vluchtige organische verbindingen (VOCs) in staat. Hij wijst erop dat het besproeien van gehakte vezel op kunststoffen voor wannen en spa's niet gepatenteerd is. We gebruiken altijd vacuüminfusie om het FRP deel van het product te maken, zegt Kieffer, en voegt toe: onze onderdelen hebben een gladde afwerking, dus we zijn meer een licht RTM met caul platen. We gaan altijd naar het volgende niveau. Klanten komen bij ons met een probleem en we proberen een oplossing te vinden die voor hun behoeften werkt. We zijn erg innovatief, en we patentteren onze nieuwe ontwikkelingen.

Voorbeeldonderdelen

Eén van de onderdelen die Plastics Unlimited produceert met dit proces is een graantankuitbreiding voor John Deere combine harvesters gemaakt door Deere & Company (Moline, Illinois, VS). Dit is het allerbovenste deel van de combine, dat open is, waar het graan zit, legt Kieffer uit. Vergeleken met de oorspronkelijke staaltank, is de onze duurzamer. We maken het met een gladde afwerking binnenin en John Deere groen aan de buitenkant met zwarte inserts op de hoeken. Het is de grootste graantankuitbreiding beschikbaar en kan plat vouwen. Het is een meer geëngineerd product vergeleken met onze concurrenten, met schuim en ribben toegevoegd om de stijfheid te vergroten. Een beetje staalversterking is ook vereist, wat eigenlijk ingevormd is, zegt Kieffer, niet secundair gehecht.

Deze combinatie van materialen en proces geeft veel zwaartekracht aan het afgeronde onderdeel. We hebben video's van betonblokken op deze onderdelen laten vallen, zegt Kieffer. Door staalbevestigingen in te vormen, zegt hij dat de uittreksterkte 4-5 keer zo hoog kan zijn als die bereikt met secundaire hechting met industriestandaard methylmethacrylaat lijmen.

Plastics Unlimited kan tot 2.500 van deze onderdelen per maand produceren, met enkele panelen van 5 voeten bij 7 voeten. Dit zou dure gereedschappen vereisen, als niet gemaakt met onze methode, zegt Kieffer, merkend op dat TEC gebruikt kan worden voor tamelijk grote onderdelen – tot 8 voeten bij 11 voeten. Onze onderdelen kunnen meer vorm en geometrie hebben versus staal. Dit is belangrijk voor onze klanten omdat het hen laat differentiëren via styling. Onze UV-weerstand is ook beter dan die van meeste gelcoats.

Plastics Unlimited levert onderdelen voor een reeks bedrijven, waaronder Harley-Davidson en Gehl telescopische liften. We doen ook zacht-aanvoelende onderdelen die eruitzien en voelen als leer, zegt Kieffer. Het bedrijf heeft ook vrachtwagononderdelen gemaakt voor Navistar en recreatieve voertuig (RV) onderdelen voor Winnebago. We verkiezen volumeproductie, van 100.000 onderdelen per jaar tot een paar honderd.

Kieffer erkent dat long fiber injection (LFI) en resin injection molding (RIM) concurrerende processen zijn, maar de onderdelen zijn niet zo structureel als wat we doen. Bijvoorbeeld, een combine graantank houdt 400 bushels, wat 10 ton kracht uitoefent. RIM onderdelen, die niet zwaar versterkt zijn, kunnen simpelweg niet aan dit soort belastingvereisten voldoen en RIM gereedschap is heel duur.

Voortgezette ontwikkeling

We doen veel R&D werk met onze klanten, zegt Kieffer. We verkennen verschillende harsen, schuimen, laminaten, versterkingslagen en afwerkingen, en tonen ze prototypes zodat ze snel tests kunnen doen. We proberen het onderdeel meer fabricageerbaar te maken, kijken naar hoe kosten te verlagen en prestaties te verbeteren, plus voldoen aan de diverse in-dienst vereisten, zoals extreme hitte en kou en impact.

Plastics Unlimited heeft 100.000 vierkante voeten productieruimte en 75 werknemers, inclusief een team van drie ingenieurs. De 5-as Thermwood CNC machine stelt in-house gereedschapsproductie en ook snelle prototyping in staat, wat belangrijk is voor klanten die hun ontwikkeltijdlijnen willen verkorten.

We werken ook met openbaar vervoer en luchtvaartbedrijven, vervolgt hij. Veel metro-interieurs zijn momenteel FRP met gelcoat plus aluminiumstructuur erachter. Ze hebben lichtgewicht nodig maar ook een cosmetische oppervlakteafwerking. We kijken naar een breed scala aan toepassingen, inclusief medisch, elektrisch en bouw.

Het bedrijf kijkt ook naar thermovormen van koolstofvezel-versterkte kunststoffen (CFRP). We hebben Tepex en Polystrand materialen gevormd en werken aan diverse ontwikkelingen met een medische klant, zegt Kieffer. We kunnen high-end kunststofmaterialen zoals Kydex gebruiken en het ruggen met CF/epoxy voor luchtvaart, of materialen zoals polyurethane, polycarbonaat en ABS, die een mooie exterieure afwerking bieden en kosteneffectief zijn. Achter deze laatste kunststoffen kunnen we glasvezel-versterkte polyester, vinylester of epoxy laminaten gebruiken.

Plastics Unlimited opereert op het snijvlak van kunststoffen, metalen en composieten, zegt Kieffer. Onze onderdelen zijn typisch 30 tot 40 procent lichter dan staal. Maar we vinden dat de markt nogal wat educatie nodig heeft over wat composieten zijn en wat ze kunnen doen. Toch ziet het bedrijf veel potentieel voor toekomstige groei. Niet alle materialen werken samen, en vooral niet alle harsen werken met alle kunststoffen, merkt hij op. We hebben zoveel testen en ontwikkeling gedaan door de jaren heen dat we het landschap en de mogelijkheden heel goed begrijpen. We hebben een unieke expertise en bieden een uniek bereik aan mogelijke oplossingen.