Izrada složenih, šupljih kompozitnih dijelova predstavljaju jedinstveni izazov u proizvodnji. Unutrašnja izgradnja, često nazivana jezgrom, koristi se kod izrade šupljina u kompozitnim strukturama kada je potrebna glatka unutarnja površina i bešavna konstrukcija. Neke jezgre se lako uklanjaju iz kompozitnog djela, ali bilo koja konfiguracija koja zarobi jezgru zahtjeva topivu jezgru ili složeniji, urušivi ili ekspandirajući alat. Trenutne tehnologije topivih jezgri koriste eutektične soli, keramiku, kalupni uretan ili slične materijale.

Ove opcije imaju sljedeće nedostatke:

• teška manipulacija zbog krhkih materijala
• zahtijevaju dodatnu obradu u proizvodnji
• zbog načina izrade modela ili postupka uklanjanja jezgre ograničena je izrada proizvoda kompleksnih geometrija

Jedan od načina da se zaobiđu navedeni nedostaci jest proizvodnja kompozitnih struktura preklopnim kalupom. Proces se odvija paralelnom proizvodnjom dvije polovice kompozitnog djela koje se zatim spajaju kako bi se proizvela šuplja struktura. Ako geometrija modela omogućava pristup unutrašnjosti dok je preklopni kalup zatvoren, na mjestu dodira dviju polovice mogu se dodati slojevi kompozitnog materijala koji ih spaja. Za kompleksnije geometrije dio mora biti proizveden iz dva zasebna dijela koji se naknadno spajaju. Ovaj proces zahtjeva dodatno vrijeme obrade, korištenje konstrukcijskih ljepila. Na modelu je vidljiv šav koji može negativno utjecati na mehanička svojstva proizvoda.

Topiva jezgra izrađena FDM (fused deposition modeling) tehnologijom koristeći topivu termoplastiku ST-130 značajno olakšava proizvodnju kompliciranih kompozitnih dijelova sa šupljim unutrašnjostima. Ovaj način izrade jezgre omogućuje proizvodnju kompozitnih dijelova bez šava. Jezgra je kreirana bez dodatnih alata, samo pomoću 3D printera, a uklanja se otapanjem također bez korištenja dodatnih alata što skraćuje vrijeme proizvodnje.

Primjena

Dizajn topive jezgre zasnovan je na dizajnu konačnog djela. Izrađuje se kako bi ispunio unutrašnjost i može uključiti obrube ili lokacijske strukture. Pomoću softvera Insight zadaju se dodatni parametri kao što je posebni uzorak ispune, kreiran specifično za ovaj materijal kako bi se poboljšao protok fluida pri uklanjanju jezgre. Materijal za izradu jezgre otporan je na visoke temperature i pritisak što ubrzava izradu krajnjeg proizvoda.

Topiva jezgra izrađuje se koristeći Fortus 450mc ili Fortus 900mc 3D printer. Nakon što je model izrađen potrebno je minimalna dodatna obrada. Površine se bruse kako bi se poboljšala završna obrada, a model mora biti zapečaćen. Tako se sprječava prodiranje smole i prijevremeno otapanje jezgre. Standardno polaganje karbonskih vlakana i učvršćivanje može biti korišteno ukoliko pritisci i temperature odgovaraju preporučenim vrijednostima. Jednom kad je dio formiran i obrađen, uklanjanje potpore vrši se potapanjem djela u otopinu za uklanjanje potpore.

Slika 2. Izrađena jezgra zahtjeva minimalnu pripremu prije polaganja kompozita. Jezgra je nakon toga otopljena, ostavljajvući samo finalni kompozitni dio.

Primjer

Dio prezentiran kroz ovaj članak je primjer implementacije topive jezgre. Prikazan je proces izrade usisa voda za hlađenje kočnica koji se koristi kod sportskih automobila, a opskrbljuje zrakom s prednjeg branika diskove i čeljusti kočnica sa svrhom hlađenja od ogromnih količina topline proizvedenih tijekom trke. Slika 3. pokazuje gdje se usis nalazi na vozilu.

Usis je trebao glatku unutarnju površinu za nesmetani tok zraka, a bio je premalen kako bi se proizveo kalupnim modelom što je dovelo do upotrebe topive jezgre. Bez topive jezgre, usis bi bio izveden iz dva djela koristeći preklopni kalup što zahtjeva dodatno vrijeme i korake u proizvodnom procesu kako bi se model naknadno spojio. Umjesto toga, topiva jezgra je proizvedena u 9 sati i 45 minuta koristeći Fortus 900mc 3D printer, pružajući mogućnost proizvodnje lakog, jednodijelnog kompozitnog kočionog usisa.

Potreba za što lakšim dijelovima guraju automobilsku industriju prema sve većem korištenju kompozitnih materijala. Broj proizvedenih dijelova od kompozitnih materijala godišnje još uvijek je ograničen što ovaj postupak čini savršenim odgovorom na potrebe tržišta.

Slika 3. Izrađena jezgra zahtjeva minimalnu pripremu prije polaganja kompozita. Jezgra je nakon toga otopljena, ostavljajući samo finalni kompozitni dio.