I mandrini ricoprono un ruolo molto importante nel processo di lavorazione della fibra di carbonio.
È grazie alla presenza dei mandrini che siamo in grado di produrre componenti dalla forma cava piuttosto che prodotti caratterizzati da una geometria più complessa con materiale composito.
Produrre mandrini viene visto da molti come una sfida in quanto per raggiungere un risultato di qualità è necessario utilizzare tecnologie avanzate che superano tutti i limiti di quelle tradizionali relativi:
- alla geometria
- alla sfera economica
- alle tempistiche di realizzazione
Questi ostacoli vengono superati attraverso l’a tecnologia di modellazione a deposizione fusa (FDM) che permette di ridurre i tempi di realizzazione, di contenere i costi e di realizzare mandrini che possono essere sostituiti o rimossi al termine del processo di cottura in autoclave.
Ricordiamo che la cottura in autoclave è una delle tecnologie più utilizzate pre la lavorazione del carbonio ideale quando il modello è stato progettato e realizzato e si può procedere con la creazione del modello degli strati pre-preg.
Lavorazione carbonio, un confronto tra mandrini solubili e mandrini rimovibili
I mandrini che vengono prodotti attraverso la tecnologia della modellazione a deposizione fusa sono di due tipologie, solubili e rimovibili.
Nel caso di mandrini solubili viene impiegato un materiale plastico di tipo solubile indicato con la sigla SR100/ST130 che si rivela particolarmente adatto quando devono essere realizzati componenti laminati in carbonio con geometrie molto complesse.
Grazie a questo materiale, infatti, la rimozione dei mandrini al termine del processo di cottura in autoclave è facilitato dallo scioglimento del mandrino stesso all’interno di una miscela di acqua.
Per raggiungere questo risultato è fondamentale che la temperatura e la pressione in autoclave non superino i valori soglia di 110° C e 2 bar.
Per la produzione di mandrini rimovibili viene impiegato un materiale termoplastico chiamato ULTEM SUPPORT che permette la rimozione manuale anche nel caso di geometrie complesse al termine del processo di laminazione ad una temperatura massimo di 130° C e una pressione massima di 5 bar.
Vediamo insieme un caso pratico di utilizzo di mandrino solubile.
Un caso pratico di utilizzo di un mandrino solubile
Ipotizziamo di avere a che fare con un’impresa che ha bisogno di migliorare le performance del motore del suo turbocompressore.
Una soluzione plausibile in questo caso è rappresentata da un condotto monolitico realizzato in fibra di carbonio con una superficie interna liscia.
La strada percorribile per il raggiungimento degli obiettivi dell’azienda è rappresentata da un condotto di aspirazione in fibra di carbonio a partire da un mandrino di tipo solubile realizzato in ST130.
Questa soluzione alternativa rispetto ad una qualsiasi soluzione tradizionale permette all’azienda di:
- migliorare le performance del motore grazie alla scelta della superficie interna completamente liscia;
- ridurre tempi e costi di realizzazione del pezzo, dal momento che non è richiesto l’impiego di stampi e il mandrino può essere realizzato con una geometria interna semplice ed alleggerita;
- maggiore resistenza del componente, grazie al condotto monolitico che confrontato con il condotto assemblato è nettamente più performante.
Quali sono i vantaggi legati alla scelta di materiali FDM
L’adozione di materiali FDM porta con sé una serie di vantaggi, tra cui i più importanti sono:
- elevate prestazioni meccaniche e termiche
- durabilità
- notevole stabilità dimensionale
- garanzia derivante da numerose Certificazioni
Completano il quadro dei benefit associati a questa scelta la robustezza, la traslucenza, la resistenza ai raggi ultravioletti del sole e la biocompatibilità.
Per tutti questi motivi i polimeri termoplastici sono la scelta di moltissimi ingegneri che lavorano nel settore aerospaziale, medico, automobilistico.