کاهش ضایعات و تسریع ساخت قالب در فرآیندهای قالب‌بسته کامپوزیت‌ها

شرکت Alan Harper Composites با بهره‌گیری از قالب‌های متقابل سیلیکونی قابل استفاده مجدد و فناوری چاپ سه‌بعدی در ابعاد بزرگ، رویکردی جدید برای کاهش ضایعات و تسریع فرآیند ساخت قالب در تولید قطعات کامپوزیتی توسعه داده است. این شرکت با تمرکز بر دو چالش مهم در فرآیندهای قالب‌بسته، یعنی مصرف بالای مواد یک‌بارمصرف و زمان‌بر بودن ساخت قالب‌های متداول، تلاش دارد راهکارهایی اقتصادی‌تر و پایدارتر را در اختیار تولیدکنندگان کامپوزیت قرار دهد. یکی از فناوری‌های اصلی این شرکت، سامانه Film Infusion Reusable Silicone Technology یا fiRST® است که بخشی از مواد مصرفی یک‌بارمصرف مورد استفاده در فرآیند تزریق رزین به کمک خلأ را با یک غشای سیلیکونی انعطاف‌پذیر و قابل استفاده مجدد جایگزین می‌کند. این غشا که از سیلیکون پخت‌شده با پلاتین ساخته شده است، به عنوان یک قالب متقابل دائمی عمل کرده و امکان تراکم مناسب تقویت‌کننده‌ها و کنترل فرآیند تزریق رزین را فراهم می‌کند. در فرآیندهای متداول Vacuum Infusion، موادی مانند کیسه خلأ، خطوط انتقال رزین، نوارهای آب‌بندی و سایر مواد کمکی معمولاً پس از هر سیکل تولید دور ریخته می‌شوند. فناوری fiRST® با جایگزین کردن بخشی از این مواد با یک غشای سیلیکونی قابل استفاده مجدد، می‌تواند میزان ضایعات تولید را کاهش دهد. بر اساس اطلاعات منتشرشده از سوی شرکت، هر غشای سیلیکونی به طور متوسط قابلیت استفاده در حدود ۵۰۰ سیکل تولید را دارد و در برخی کاربردها این میزان به مراتب بیشتر گزارش شده است. برای نمونه، شرکت Interboat در بریتانیا از ۷۶ قالب به صورت مستمر به مدت دو سال استفاده کرده و در این مدت نیازی به تعویض غشاهای سیلیکونی نداشته است. همچنین شرکت Indústria Fibras Feliz در برزیل تولید بیش از ۲۰۰۰ قطعه با استفاده از یک سامانه مشابه را گزارش کرده است. یکی دیگر از مزایای این فناوری، امکان کنترل بهتر میزان مصرف رزین است. در سامانه fiRST®، غشای انعطاف‌پذیر سیلیکونی با ایجاد آب‌بندی مناسب روی قالب و اعمال خلأ کنترل‌شده، باعث تراکم یکنواخت‌تر مواد تقویت‌کننده می‌شود. در نتیجه می‌توان مقدار رزین مورد نیاز برای آغشته‌سازی الیاف را با دقت بیشتری کنترل کرد و از مصرف اضافی رزین جلوگیری نمود. طبق اعلام Alan Harper Composites، استفاده از این فناوری در مقایسه با برخی فرآیندهای متداول مانند Light RTM و Spray-up می‌تواند مصرف رزین را تا حدود ۴۰ درصد کاهش دهد. در کنار استفاده از غشاهای سیلیکونی قابل استفاده مجدد، این شرکت از ساخت افزایشی در ابعاد بزرگ نیز برای تسریع تولید قالب‌ها و تجهیزات مورد استفاده در فرآیندهای کامپوزیتی بهره می‌گیرد. یک سلول تولید مبتنی بر فناوری FGF یا Fused Granulate Fabrication در برزیل برای ساخت قالب‌های بزرگ و فیکسچرها توسعه داده شده است. استفاده از چاپ سه‌بعدی می‌تواند زمان مورد نیاز برای ساخت قالب‌های بزرگ را کاهش داده و امکان ایجاد تغییرات سریع‌تر در طراحی و توسعه تجهیزات تولید را فراهم کند. ترکیب قالب‌های تولیدشده با چاپ سه‌بعدی، غشاهای سیلیکونی قابل استفاده مجدد و پارامترهای کنترل‌شده فرآیندی، بخشی از راهبرد این شرکت برای ایجاد فرآیندهای تولید کامپوزیتی کم‌ضایعات‌تر و انعطاف‌پذیرتر است. این رویکرد می‌تواند برای تولیدکنندگانی که به دنبال کاهش مصرف مواد، افزایش تکرارپذیری فرآیند، کاهش زمان ساخت ابزار و قالب و امکان تغییر سریع‌تر طراحی هستند، مورد توجه قرار گیرد. شرکت Alan Harper Composites توسط Alan Harper، مهندس انگلیسی با بیش از چهار دهه تجربه در زمینه فرآیندهای قالب‌گیری بسته، تأسیس شده است. این شرکت در حال حاضر تحت مدیریت مدیرعامل خود، André Antunes، فعالیت می‌کند و فناوری‌های خود را به مشتریانی در بیش از ۵۰ کشور ارائه می‌دهد. توسعه چنین فناوری‌هایی نشان می‌دهد که استفاده هم‌زمان از مواد قابل استفاده مجدد و ساخت افزایشی می‌تواند مسیر جدیدی برای کاهش هزینه و ضایعات در صنعت کامپوزیت ایجاد کند و در عین حال سرعت و انعطاف‌پذیری فرآیند تولید را افزایش دهد.