Tecnologia Spiral Taping™, formare il composito "unibody" a robot
La tecnologia "Spiral Taping" di 3a generazione che utilizziamo per primi in Europa deriva dal "Filament Winding", sviluppato in Germania da qualche anno ed ha cambiato totalmente il modo di produrre compositi in strutture "hollow" come i cerchi di una bicicletta.
Sviluppato per il settore Aerospace, lo "Spiral Taping" è usato ad esempio per produrre parti di aerei come il Lockheed Martin F22 Raptor o le pale turbofan dei motori General Electric GEnX o ancora la carlinga unibody in carbonio del Boeing 787 DreamLiner.
Si tratta di un vero salto nella qualità e nel rapporto peso/resistenza raggiungibile dal composito. Diversamente dalla laminazione classica dei cerchi in composito, la tecnologia "Spiral Taping" viene prodotta da un Cobot (Collaborative Robot), programmato per avvolgere (sotto tensione costante e controllata) le fibre di carbonio con orientamento definito dagli stress predetti a FEA in fase di progettazione.
Vantaggi dello Spiral Taping rispetto alla laminazione tradizionale e Filament Winding
Nella "Spiral Taping" le fibre di carbonio sono perfettamente stese e non hanno il tipico "crimp" assunto dalla fibra durante il processo di trecciatura usato nel "Filament Winding". Le fibre perfettamente stese conferiscono al composito caratteristiche meccaniche elevatissime e un rapporto peso/resistenza più elevato di qualsiasi altro metodo di laminazione. Al contrario del "Filament Winding" classico, l'assenza del "crimp" delle fibre di carbonio nello "Spiral Taping" le fa lavorare omogeneamente nelle zone di stress insieme alla matrice resinosa.
Questa tecnologia apporta parecchi vantaggi rispetto a qualsiasi tecnica tradizionale (anche la più avanzata) e anche rispetto al filament winding, perchè supera i limiti invalicabili di entrambe le tecnologie:
( 1 ) Con lo "Spiral Taping" si elimina qualsiasi giunzione lungo le spalle del cerchio, inevitabile con qualsiasi tecnica tradizionale. Con la laminazione tradizionale gli strati in carbonio che compongono le pareti del cerchio e quelle del canale del cerchio si incontrano (e interrompono) nella zona della spalla. Questo in un cerchio MTB fa si che per limiti della tecnologia, il punto più debole del composito sia anche il più esposto a rotture. Con la tecnologia "Spiral Taping" le fibre di carbonio che compongono il cerchio sono continue su tutto il perimetro della sezione, aumentando notevolmente la resistenza del composito in questa zona (vedi disegno a lato);
( 2 ) Assenza di qualsiasi interruzione delle fibre lungo la circonferenza cerchio. Con la tecnica tradizionale si depositano manualmente nello stampo fasce di carbonio UD con inclinazione alternata, per formare le pareti e il canale del cerchio. Ogni strato deve obbligatoriamente avere un’interruzione per far posto allo strato successivo con inclinazione opposta delle fibre. Nello "Spiral Taping" c’è solo un inizio e una fine avvolgimento delle fibre UD in tutto il cerchio, non ci sono quindi giunzioni nette ne’ interne al composito ne’ in superficie, sempre presenti ed inevitabili in qualsiasi cerchio laminato tradizionalmente (vedi foto);
( 3 ) Nello "Spiral Taping" le fibre continue di carbonio vengono mantenute dal COBOT in tensione costante durante tutta la formazione del cerchio; quindi, quando il cerchio subisce un impatto, tutte le fibre interessate lavorano allo stesso modo. Con la laminazione manuale invece, questo è impossibile da ottenere. In caso di impatto le fibre più stese lavorano prima delle altre; quindi, l’assorbimento dei carichi è disomogeneo e la resistenza alla rottura cala;
( 4 ) La laminazione manuale classica viene sostituita da una macchina programmata con molti controlli di processo. Lo "Spiral Taping"assicura una ripetibilità altissima e precisa per ogni cerchio prodotto, riducendo gli scarti quasi a zero e garantendo una qualità eccezionale;
( 5 ) Il “COBOT” produce il pre-impregnato di carbonio (fibra + resina) a bordo, nel momento stesso in cui forma il cerchio; lavorare sempre con resina fresca elimina i problemi di conservazione ed invecchiamento dei pre-impregnati;
( 6 ) Assenza di intervento umano nella laminazione del composito, massima ripetibilità. L’intervento umano è limitato all’inserimento del cerchio appena formato nello stampo per le successive fasi di pressurizzazione e cicli di cura della resina, uniche fasi rimaste uguali alla laminazione tradizionale;
( 7 ) Tutti i numeri di resistenza e rigidezza del composito staccano numeri nettamente superiori (anche doppi) rispetto alla tecnica tradizionale di laminazione. E' stato necessario utilizzare specifiche di test vicine al DH per portare a rottura i nuovi SWBT MTB durante i crash tests.
Sicuramente ci saranno ulteriori estensioni di questa tecnologia nel settore ciclo; Il Team di RaceFactory è tra i primissimi in Europa a introdurre quella che tra qualche anno diventerà la tecnologia standard per produrre cerchi in composito ad elevate prestazioni.
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