CompoTech: Tận dụng ưu thế của vật liệu để nâng cao chất lượng sản phẩm (Phần 2)

Vật liệu tổng hợp thường được làm bằng nhựa nhiệt rắn như epoxy, được gia cố bằng thành phần sợi. Loại sợi thường được CompoTech sử dụng là sợi thủy tinh, mặc dù sợi carbon cho hiệu suất cao hơn. Sau khi thành phần sợi và nhựa được lưu hóa bằng nhiệt, nó tạo ra một vật liệu có tỷ lệ cường độ chịu lực cao.

Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét. Khi đó các sợi này sẽ mất những nhược điểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gãy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn. Thành phần của thủy tinh dệt có thể chứa thêm những khoáng chất như: silic, nhôm, magiê,… tạo ra các loại sợi thủy tinh khác nhau như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), loại C (độ bền hóa cao), loại R và loại S (độ bền cơ học cao)…

CompoTech đã phát triển kỹ thuật uốn sợi của riêng mình, được gọi là phương pháp bố trí sợi trục. Các bộ phận hình trụ có thể được tạo a bằng cách sử dụng kỹ thuật cuộn dây tóc (filament winding). Kỹ thuật này cải thiện khả năng chịu lực uốn bằng cách cuộn các sợi dọc theo hình trụ thay vì xung quanh chu vi của nó. Ở đây, sợi có dạng chuỗi liên tục, được ngâm tẩm nhựa, uốn khúc ở một góc quanh một hình trụ, sau đó mới được lưu hóa. Quy trình này có thể giúp độ cứng của vật liệu cao hơn khoảng 10-15% so với thông thường. Đối với độ bền uốn, con số có thể lên tới hơn 50%.

Mặt khác, CompoTech cũng đang phát triển một thiết bị phay mới với thành phần kết hợp giữa thép và vật liệu composite. Thiết bị này được chế tạo bằng cách đặt các sợi carbon và than chì lên một phần thép sử dụng quy trình gọi là bố trí dây sợi (filament laying) được hỗ trợ bởi robot (RAFL). Thân thép hoạt động như một trục gá, đồng thời kết nối công cụ với bộ giữ công cụ và bộ giữ công cụ với trục chính. Nó cũng cung cấp một cách để gắn dụng cụ vào răng phay. Vật liệu tổng hợp cũng có thể được sử dụng để chế tạo trục chính động cơ. Đây thường là các cấu trúc lai ghép, với thép được sử dụng trong các bề mặt mang và mạch.

Một nghiên cứu của Giáo sư Atsushi Matsubara, Đại học Kyoto đã chỉ ra trục hỗn hợp thép – composite nhẹ hơn 70% so với phiên bản thép có cùng thiết kế. Đồng thời, kết quả thử nghiệm cho thấy độ dịch chuyển trục thấp hơn 75% khi nhiệt độ đạt tới 70°C. Khả năng chống rung trục chính composite tốt hơn 16 lần so với phiên bản thép, tốc độ quay tối đa cũng nhanh hơn 17% do quán tính thấp hơn.

Văn phòng NSCL biên dịch