Blog

Struktury wielowarstwowe to innowacyjne materiały, które znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i medycznym. Dzięki swoim unikalnym właściwościom, takim jak np: niska masa, wysoka wytrzymałość i duża trwałość, materiały te są wykorzystywane do budowy elementów konstrukcyjnych, takich jak elementy samolotów, kadłuby czy też protezy medyczne. Wyzwanie związane z cięciem tych materiałów polega na zróżnicowanych właściwościach poszczególnych warstw, co wpływa na występowanie wad strukturalnych przecinanej powierzchni. Cięcie struktur wielowarstwowych wymaga szczegółowej wiedzy zarówno na temat samego procesu cięcia i zjawisk fizycznych zachodzących podczas niego jak i technologii wytwarzania takich materiałów.

Jednym z najbardziej efektywnych sposobów cięcia struktur wielowarstwowych (warstw o różnych właściwościach) jest technologia cięcia strumieniem wodno - ściernym Waterjet. Jest to metoda cięcia wodą pod wysokim ciśnieniem, która pozwala na precyzyjne i czyste cięcie materiałów o zróżnicowanej grubości i składzie chemicznym. Zasada powstawania strugi wodno-ściernej polega na użyciu wody do przyspieszenia ziaren ścierniwa (najczęściej granatu). Ścierniwo po wymieszaniu z wodą w komorze mieszania i uformowaniu w tzw. dyszy mieszającej (mixing tube) tworzy strugę wodno-ścierną zdolną przeciąć najtwardsze i złożone strukturalnie  materiały. W przypadku struktur wielowarstwowych, technologia cięcia Waterjet daje wiele zalet, takich jak minimalizacja uszkodzeń powierzchni,  minimalizację zjawiska rozwarstwienia, a także możliwość precyzyjnego i wydajnego cięcia,co ma kluczowe znaczenie dla ich dalszego zastosowania w różnych gałęziach przemysłu .

Identyfikacja wad, zjawisk zachodzących w obszarze międzyfazowym oraz analiza wpływu zmiennych parametrów technologicznych procesu cięcia Waterjet pozwala na dobór optymalnych parametrów, które minimalizują intensywność występowania zjawiska. rozwarstwiania. ,.

Cięcie struktur wielowarstwowych za pomocą technologii Waterjet znajduje zastosowanie podczas wycinania części  o różnych kombinacjach materiałów o osnowie polimerowej wzmacnianych włóknami szklanymi, włóknami węglowymi lub aramidowymi ( GFRP - ang. Glass Fibre Reinforced, CFRP - ang. Carbon Fibre Reinforced Plastics,  AFRP - ang. Aramid Fibre Reinforced Plastics) oraz wiele innych. Oto kilka przykładów zastosowań cięcia struktur wielowarstwowych:

1. Materiały izolacyjne: wycinanie wielowarstwowych materiałów izolacyjnych stosowanych w budownictwie.
2. Uszczelki: wycinanie uszczelek złożonych z różnych warstw materiałów.
3. Panele kompozytowe: cięcie paneli składających się z różnych warstw materiałów: GCRF, CFRP, AFRP, rdzenie piankowe oraz inne materiały kompozytowe.
4. Materiały tapicerskie: wycinanie warstwowych tkanin i pianek stosowanych w tapicerstwie, na przykład do produkcji materaców, mebli czy elementów wnętrz samochodowych.
5. Sandwich panels: cięcie paneli typu Sandwich, które składają się z warstw izolacyjnych pomiędzy warstwami materiałów konstrukcyjnych, takich jak stal, aluminium i inne.
6. Laminaty: wycinanie laminatów, które składają się z różnych warstw, takich jak drewno, tworzywa polimerowe, papier czy tkaniny.
7. Warstwowe materiały ochronne: cięcie warstwowych materiałów stosowanych w odzieży ochronnej, takiej jak kombinezony czy odzież przeciwpociskowa.
8. Materiały filtracyjne: cięcie materiałów filtracyjnych, które składają się z różnych warstw materiałów, takich jak włóknina, siatka czy pianka.
9. Warstwowe elementy dekoracyjne: wycinanie elementów dekoracyjnych składających się z różnych warstw, takich jak grafiki, naklejki czy inne elementy reklamowe.

Dzięki precyzji i możliwości cięcia różnorodnych materiałów, technologia Waterjet jest doskonałym narzędziem do cięcia struktur wielowarstwowych w różnych gałęziach przemysłu.

Zastosowanie technologii cięcia Waterjet w przemyśle lotniczym obejmuje cięcie kompozytów, metali i innych materiałów stosowanych w konstrukcjach samolotów. W przemyśle motoryzacyjnym technologia ta jest wykorzystywana do cięcia elementów samochodów, takich jak elementy nadwozia, podwozia, systemy mocowania i inne części konstrukcyjne,. W przemyśle medycznym zastosowanie cięcia Waterjet obejmuje produkcję implantów, protez i innych części medycznych.

Technologia cięcia Waterjet jest szczególnie porządana w przypadku cięcia struktur o zróżnicowanej grubości poszczególnych warstw i właściwościach fizycznych. Ponadto, w porównaniu z innymi metodami cięcia, np takimi jak cięcie wiązką laserową, cięcie Waterjet generuje niższe wartości temperatury podczas procesu cięcia, co minimalizuje powstawanie stref wpływu ciepła i istotnie zmniejsza ryzyko uszkodzenia materiału w wyniku przegrzewania.

W praktyce, wybór odpowiedniej technologii cięcia dla struktur wielowarstwowych zależy od specyfiki danego projektu oraz materiałów użytych w konstrukcji. W przypadku materiałów wrażliwych na wysoką temperaturę, jak również dla struktur wielowarstwowych o złożonym składzie chemicznym i właściwościach fizycznych, technologia cięcia Waterjet może być  niezwykle konkurencyjna wróżnych gałęziach przemysłu, takich jak: lotnictwo, motoryzacja czy medycyna. Wybór odpowiedniej technologii cięcia dla struktur wielowarstwowych zależy od specyfiki danego projektu oraz właściwości użytych materiałów, a w wielu przypadkach cięcie Waterjet może okazać się najbardziej efektywnym rozwiązaniem.

Film kanału YouTube "Sugino Corp. USA"

 Źródło: 

 mgr inż. Michał Leleń,
dr hab. inż. Jerzy Józwik, prof. uczelni
Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji
Wydział Mechaniczny