CFRP supera o aço em juntas esféricas de precisão

Conforme observado em CW’s artigo de destaque sobre ferramentas reconfiguráveis, empresa de design de acessórios modulares / fornecedora de componentes Prodtex (Gotemburgo, Suécia e Bristol, Reino Unido) não está apenas mudando a forma como grandes estruturas compostas são montadas, mas também está usando compostos para construir os próprios acessórios. Em acessórios que devem ser içados e instalados por humanos e / ou manipulados por robôs, a massa reduzida e a alta rigidez se traduzem em menos mão de obra / robôs menores, maior velocidade de produção e, como resultado, custo reduzido. Em direção a esses objetivos, a Prodtex está trabalhando agora em seu primeiro robô de posicionamento hexapod totalmente composto, usando juntas esféricas à base de plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) produzidas pela Corebon AB (Malmö, Suécia).

“A ideia original era redesenhar as juntas esféricas de metal para que tivessem menos folga”, lembra o CEO da Corebon, Tobias Björnhov. Ele explica que as juntas esféricas e rolamentos da empresa, que apresentam caixas de CFRP, têm folga quase zero, o que significa que não há folga ou folga entre as peças, "portanto, a junta é rígida antes de você colocar carga nela." Normalmente, “se você mudar a direção da força em um rolamento, ele pode se mover”, ele aponta, mas afirma:“Nossas estruturas não se movem, porque são pré-carregadas e muito rígidas”.

Corebon começou reforçando carcaças de junta esférica de metal com CFRP, que também eram pré-carregadas por encaixe por compressão da carcaça de CFRP na esfera de metal (auxiliado pela diferença no coeficiente de expansão térmica). “Eram bons”, diz Björnhov, “mas caros de fazer”. Assim, a Corebon desenvolveu um invólucro de junta esférica totalmente em CFRP, substituindo várias peças de metal usinadas com precisão que devem ser perfeitamente montadas ao redor da esfera com uma única moldagem CFRP. A moldagem e o pré-carregamento da montagem de duas partes (a bola permanece metálica) são realizados em uma única etapa, usando tecnologia proprietária.

Corebon também fabrica rolamentos deslizantes e outros pares cinemáticos - ou seja, dois objetos conectados que impõem restrições em seu movimento relativo, como um pistão em um cilindro, juntas esféricas e rolamentos - bem como peças para robôs, como os domos CFRP retratados no topo direito. Björnhov explica que esta cúpula compreende o pulso robótico do efetor final, "onde você conectaria um motor / fuso para uma ferramenta de usinagem ou cabeçote de colocação de fita, etc." Ele observa que as iterações futuras dessas cúpulas também podem ser usadas como nós nas grandes, porém leves, luminárias "aranha" para montagem, como as feitas pela TETRAFIX AB (Kungälv, Suécia) e Prodtex 'Lightweight Structures. “Nossas primeiras aplicações foram em robôs onde alta precisão é necessária. Ao reduzir o peso dos efetores finais, aumentamos a precisão e a velocidade. ” Quanta redução de peso? “De 27 kg para 5,5 kg para a estrutura robótica do punho / porta-ferramentas,” diz Björnhov.

Embora a cúpula de CFRP seja tubulada com espuma estrutural de polimetacrilimida ROHACELL de Evonik Corporation (Darmstadt, Alemanha), Corebon também ganha alta resistência específica e rigidez maximizando o conteúdo de fibra. “Alcançamos um volume de fibra muito alto - até 80% - que está próximo do máximo teórico possível”, observa Björnhov. Isso não é apenas surpreendente, mas também tem implicações intrigantes. “As fibras realmente se tocam”, explica ele, “então obtemos alta condutividade térmica e elétrica, não apenas no plano, mas também na direção z”.

O processo de fabricação que permite isso, agora coberto por uma série de patentes, foi derivado dos esforços para melhorar a moldagem por transferência de resina (RTM) e o controle da injeção e do aquecimento da resina. “Injetamos a resina, não apenas para processamento RTM, mas também para moldagem por compressão e enrolamento de filamento”, destaca Björnhov. “A chave é que aquecemos de dentro do composto, portanto, controlamos o calor volumetricamente, observa ele, acrescentando:“Isso não está vinculado a nenhum tipo específico de matriz”.

A chave aqui é a tecnologia de aquecimento indutivo. Mas Björnhov explica que o Corebon difere da fabricação de outros compósitos baseados em aquecimento indutivo, "tanto nos indutores que usamos quanto em como controlamos o campo eletromagnético". O aquecimento 3D instantâneo e uniforme resultante pode ser aplicado a quase qualquer processo CFRP, incluindo cura pré-impregnada e pultrusão. Ele oferece tempos de ciclo 10 vezes mais rápidos do que os processos de compósitos convencionais, reduz os custos de energia em até 95% e usa moldes 20 vezes mais leves do que o aço. A Corebon está licenciando a tecnologia e já tem parcerias com empresas japonesas, incluindo a Sumitomo Corp. (Tóquio, Japão).

“Agora estamos olhando para outras aplicações, como suspensões automotivas e componentes de aeronaves que precisam de pares cinemáticos com alta precisão e rigidez”, diz Björnhov. A Corebon também se prepara para a escala industrial exigida por essas indústrias, com diversos projetos em andamento para demonstrar sua capacidade de produzir em alto volume