Как я делал первые шаги в создании детали из карбона⁠⁠

Привет!

Меня зовут Павел.
Я занимаюсь изготовлением углепластика или, как его называют, карбон, и с удовольствием делюсь опытом.

Первые попытки освоить технологию сделал где-то полтора года назад. С тех прошло много времени и тем более приятно вспомнить первые шаги. В этом посте расскажу о своем первом учебном самостоятельном проекте детали из композита эпоксидной смолы и базальтового волокна.

Сама идея заняться карбоном возникла еще раньше, года три назад. Долго ее вынашивал и в какой-то момент решился. Первый месяц самостоятельных попыток и просмотра роликов на ютубе привел к куче израсходованного материала, смолы, тканей, жгутов и т.д. Оказалось, что даже пластину из карбона методом вакуумной инфузии не так-то просто сходу сделать. Немного помучавшись, понял, неплохо бы найти профессионалов для перенятия опыта. Нашел подходящих ребят, познакомились и ушел с головой в процесс обучения.
Такого кайфа от учебы в универе точно не получал. Прошло два месяца, азбука выучена, лекции записаны, лабораторки выполнены и я отправился в самостоятельное плавание. К тому моменту уже нашел первого заказчика. И до этого всё было в розовых тонах. Дальше начался бой и об этом речь пойдет ниже.

Мой первый проект - продолжение учебы, но в полевых условиях. Я договорился сделать из композита деталь, дабы уменьшить её вес. Деталь шла к мобильному лазерному станку. Станок представлял собой чемодан на колесах и предполагал постоянную перевозку между участками работы. К слову, он для лазерной наплавки пресс-форм; износилась кромка стальной матрицы - привезли лазер, выставили, настроились и наплавили специальной проволокой изношенный участок.

Вернемся к процессу.

Деталь это плита со сложными пазами и выборками, в которые укладывается оптика лазерного станка.

Чтобы что-то сделать из карбона, нужно сначала сделать матрицу - обратную к исходной поверхности деталь. А уже на матрицу выкладывать углеткань и пропитывать смолой.

Опишу создание матрицы коротко и скажу лишь, что работа шла три этапа: мастер-модель из пенопласта -> черновая матрица -> черновая деталь -> рабочая матрица.

Вот как выглядела рабочая матрица.

Это стеклопластиковая матрица с толщиной фланца 5-6 мм и шлифованным слоем гелькоута с наружной стороны.

Чтобы по этой матрице сделать деталь, нужно сначала подготовить выкройки. Такая сложная форма не позволяет положить углеткань одним куском. Для качественного соответствия геометрии, нужно подготовить большое количество маленьких кусочков ткани - выкройки. Всего я сделал около 300 выкроек - это примерно 60 штук на слой, а слоев было 5. Кстати, для первого раза я использовал не углеткань, а базальтовую ткань. Она попроще, а сама деталь была под покраску, поэтому изящество рисунка карбона было ни к чему.

Так выглядела базальтовая ткань со слоем клеями и размеченными выкройками.

Да, их было много, а работы еще больше.

Когда все 300 выкроек были подготовлены, вырезаны и подогнаны, настало время укладки и приклеивания на матрицу. Но сначала матрицу нужно очистить загрязнений, жирных пятен и прочего.

Затем, очищенная матрица покрывается специальным разделительным составом - воском. Это нужно, чтобы деталь намертво не приклеилась к матрице, а аккуратно без повреждений извлекалась из неё. Я использовал жидкий воск на основе ПВА. Воск наносится слоями от 3 до 5 в зависимости от марки и типа.

Затем приступил к расположению выкроек. Слой за слоем, в определенном порядке приклеивал маленькие кусочки ткани к матрице, пока она вся не обросла базальтовым панцирем.

Кстати, клей тоже специальный аэрозольный для инфузии.

Хотя выкройки делались по шаблону, всё равно каждый слой пришлось проверять и немного подгонять по месту.

На предыдущем фото видно, как отходят выкройки. Сколько клея не нанести, пока уложишь последний слой, обязательно сколько-то выкроек уйдет. А это напрямую влияет на качество получаемой детали. Чтобы этого не произошло, во время пропитки вокруг детали собирается вакуумный мешок - хитрая слоистая конструкция для подачи и распределения эпоксидной смолы, откачки воздуха, создания надежного прижима.

Мешок собирается из нескольких слоев: жертвенная ткань, служащая буфером смолы и регулятором скорости пропитки; перфорированная пленка для быстрого разделения технических слоев от тела детали; проводящая сетка - быстрая доставка смолы по поверхности; магистральные и спиральные трубки для подачи смолы извне и откачки воздуха из мешка. Весь этот пирог накрывается вакуумной пленкой, которая крепится и уплотняется герметизирующим жгутом по фланцу матрицы.

Перед сборкой мешка нужно хорошенько продумать схему подачи и откачки смолы: сколько точек подачи, как провести линии подачи, где сделать быстрый ход смолы, а где нужно ее затормозить для гарантированной пропитки. Процесс до жути увлекательный, как само планирование, так и наблюдение за ходом смолы. Я пустил смолу с верхних точек детали, а магистрали откачки расположил с фланцев матрицы.

Когда мешок собран, его нужно откачать и проверить на герметичность. Собрать с первой попытки герметичный мешок не всегда удается. В этот раз мне пришлось даже переделывать мешок, так как первый мешок прорвался острой стеклопластиковой иголкой с обратной стороны матрицы. Так выглядит собранный и откачанный мешок, готовый к пропитке эпоксидной смолой.

А вот так во время подачи смолы.

Процесс пропитки может идти от десятка минут до нескольких часов. Я пропитывал параллельно две детали и на инфузию ушло чуть больше часа.

За процессом нужно следить - когда ускорить подачу смолы, когда замедлить, а когда и вовсе перекрыть для добавления новой порции смолы в систему.

До последнего держит в тебя напряжении, потому как наперед не знаешь, успеет ли пропитаться вся деталь до момента загустения смолы.

Всё это выглядит как пляски с бубном (маркером). Но вот все светлые участки потемнели, смола показалась в трубках на пути к насосу, а значит, можно выдохнуть и перекрыть подачу смолы. После этого оставляем деталь сохнуть минимум на сутки и уходим с приятным ощущением и предвкушением.

Через пару дней разбираю мешок и достаю деталь. Для первой разборки я потратил огромное количество времени - наверное, целый день отборной ругани и суеты. Деталь такой сложный формы у меня получилось достать с большим трудом, но когда достал, улыбался до ушей.

Так она выглядела после разборки и первой примерки с узлами лазера.

Потом была фрезеровка пазов, отверстий под кнопки и магниты, обрезка контура. Это отдельная история с фрезерной оснасткой, базированием и позиционированием по детали.

Потом была фрезеровка пазов, отверстий под кнопки и магниты, обрезка контура. Это отдельная история с фрезерной оснасткой, базированием и позиционированием по детали.

Пристрелка по весу:

Окончательно склеенная деталь перед покраской в сборе с лазером выглядела так.

Ну и финальная версия после покраски.

В итоге, учебный проект занял около 8 месяцев, приличное количество денег на материалы, инструменты, оборудование и мою работу. Я сразу относился к нему, как к вложению и не переживал лишнего. Вес удалось сэкономить с 10 кг до 1,2 кг. Очевидно, что делать подобную деталь из композитов методом вакуумной инфузии абсолютно нецелесообразно по трудоемкости и стоимости. Опыт - бесценный. С первого раза сделать деталь такой сложности - большая удача и не менее большая работа. С тех пор за такие масштабные штуки не берусь, но опыт этих месяцев использую каждый день.

Как говорится, если ты готов делать что-то бесплатно и ночами, возможно это то самое.