CFRP는 정밀 볼 조인트에서 강철을 능가합니다

CW에 명시된 바와 같이 재구성 가능한 툴링에 대한 특집 기사, 모듈식 고정 장치 설계 회사/구성 요소 공급업체인 Prodtex(스웨덴 예테보리 및 영국 브리스톨)는 대형 복합 재료 구조가 조립되는 방식을 변화시킬 뿐만 아니라 복합 재료를 사용하여 고정 장치를 제작하고 있습니다. 사람이 들어 올려 설치해야 하거나 로봇에 의해 조작되어야 하는 고정구에서 감소된 질량 및 높은 강성은 더 적은 인력/더 작은 로봇, 증가된 생산 속도 및 결과적으로 비용 감소로 이어집니다. 이러한 목표를 위해 Prodtex는 현재 Corebon AB(스웨덴 말뫼)에서 생산한 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 기반 볼 조인트를 사용하여 최초의 복합형 Hexapod 위치 지정 로봇을 개발하고 있습니다.

Corebon CEO Tobias Björnhov는 "원래 아이디어는 금속 볼 조인트를 재설계하여 백래시를 줄이는 것이었습니다."라고 회상합니다. 그는 CFRP 하우징을 특징으로 하는 회사의 볼 조인트와 베어링은 백래시가 거의 0에 가깝다고 설명합니다. 즉, 부품 사이에 틈이나 유격이 없기 때문에 "하중을 가하기 전에 조인트가 뻣뻣합니다." 일반적으로 "베어링에서 힘의 방향을 바꾸면 베어링이 움직일 수 있습니다."라고 그는 지적하지만 "우리 구조는 미리 로드되어 있고 매우 뻣뻣하기 때문에 움직이지 않습니다."라고 주장합니다.

Corebon은 CFRP로 금속 볼 조인트 하우징을 강화하는 것으로 시작했으며, CFRP 하우징을 금속 볼에 수축 압입하여 미리 로드되었습니다(열팽창 계수의 차이에 의해 지원됨). Björnhov는 "이것은 좋았지 만 만드는 데 비용이 많이 들었습니다."라고 말합니다. 따라서 Corebon은 단일 CFRP 몰딩으로 볼 주위에 완벽하게 조립되어야 하는 정밀 가공된 여러 금속 부품을 대체하는 전체 CFRP 볼 조인트 하우징을 개발했습니다. 독점 기술을 사용하여 두 부분으로 구성된 어셈블리(볼은 금속으로 남아 있음)를 성형하고 미리 로드하는 작업이 한 번에 이루어집니다.

Corebon은 또한 슬라이딩 베어링 및 기타 운동학적 쌍(즉, 실린더의 피스톤, 볼 조인트 및 베어링과 같이 상대적 움직임에 제약을 가하는 두 개의 연결된 물체)과 상단에 있는 CFRP 돔과 같은 로봇 부품을 만듭니다. 오른쪽. Björnhov는 이 돔이 엔드 이펙터의 로봇 손목으로 구성되어 있다고 설명합니다. 여기서 "가공 도구나 테이프 고정 헤드 등을 위한 모터/스핀들을 부착할 수 있습니다." 그는 이러한 돔의 향후 반복이 TETRAFIX AB(스웨덴 Kungälv) 및 Prodtex의 경량 구조와 같이 조립을 위한 크고 가벼운 "거미" 고정 장치의 노드로 사용될 수도 있다고 언급합니다. “저희의 첫 번째 애플리케이션은 높은 정밀도가 요구되는 로봇에 있었습니다. 엔드 이펙터의 무게를 줄임으로써 정밀도와 속도를 높일 수 있습니다." 체중 감량은 얼마나? Björnhov는 "로봇 손목/공구 홀더 구조의 경우 27kg에서 5.5kg으로 감소했습니다."라고 말합니다.

CFRP 돔은 의 ROHACELL 폴리메타크릴이미드 구조용 폼으로 코어가 되어 있지만 Evonik Corporation(독일 다름슈타트)의 Corebon은 또한 섬유 함량을 최대화하여 높은 비강도와 강성을 얻습니다. Björnhov는 "이론적 최대치에 가까운 매우 높은 섬유 부피(최대 80%)를 달성했습니다."라고 말합니다. 이것은 놀랍기만 한 것이 아니라 흥미로운 의미도 내포하고 있습니다. "섬유가 실제로 접촉하므로 평면 내뿐만 아니라 z 방향에서도 높은 열 및 전기 전도성을 얻습니다."

이를 가능하게 하는 제조 공정은 현재 일련의 특허로 보호되고 있으며, 수지 이송 성형(RTM)과 수지 주입 및 가열 제어를 개선하기 위한 노력에서 파생되었습니다. Björnhov는 “우리는 RTM 처리뿐만 아니라 압축 성형 및 필라멘트 와인딩을 위해 수지를 주입합니다. “핵심은 내부 따라서 우리는 열을 체적으로 제어한다고 그는 덧붙였습니다. "이것은 특정 유형의 매트릭스에 국한되지 않습니다."

여기서 핵심은 유도 가열 기술입니다. 그러나 Björnhov는 Corebon이 "우리가 사용하는 인덕터와 전자기장 제어 방법 모두에서" 다른 유도 가열 기반 복합 재료 제조와 다르다고 설명합니다. 결과적으로 즉각적이고 균일한 3D 가열은 프리프레그 경화 및 인발을 포함한 거의 모든 CFRP 공정에 적용될 수 있습니다. 이 기술은 기존 복합재 공정보다 10배 빠른 사이클 시간을 제공하고 에너지 비용을 95%까지 절감하며 강철보다 20배 더 가벼운 금형을 사용하는 것으로 알려져 있습니다. Corebon은 이 기술에 대한 라이선스를 제공하고 있으며 이미 Sumitomo Corp.(일본 도쿄)를 비롯한 일본 기업과 파트너십을 맺고 있습니다.

Björnhov는 "이제 우리는 높은 정확도와 강성을 갖춘 운동학적 쌍이 필요한 자동차 서스펜션 및 항공기 구성 요소와 같은 다른 응용 분야를 검토하고 있습니다."라고 말합니다. Corebon은 또한 이러한 산업에서 요구되는 산업적 규모를 준비하고 있으며, 대량 생산 능력을 입증하기 위한 여러 프로젝트를 진행 중입니다.