Mal was Neues... RTM-Wurfblade für F3K

[Albalonga]

Hallo zusammen,

ich möchte hier gerne meine Erfahrungen mitteilen die ich vor kurzem an einer kleinen Versuchsform gesammelt habe. Anstoß dafür waren Sicherheitsrelevante Bauteile in (RC-)Segelflugzeugen wie Verbinder, Propeller, Holme etc.

Der Standard zur Herstellung solcher Bauteile ist auch Heute und auch bei vielen Herstellern noch das Handlaminieren. Prepregs werden auch gelegentlich eingesetzt, aber dann eher professionell. Daneben gibt es noch Spritzpressen (Resin Transfer Moulding = RTM), dass ich im Modellbau noch nicht gesehen habe (wenn doch, würde es mich sehr interessieren). Hab da etwas Potenzial gesehen, dass sowas auch Privat eingesetzt werden könnte und wollte es einfach mal an einer sehr kleinen und einfachen Form probieren. Prinzip dabei ist, dass die Fasern trocken in eine Negativform mit Ober- und Unterseite gelegt werden und das Harz erst danach in die geschlossene Form injiziert wird.

Vorteile:

• Sehr gleichmäßige Qualität, Gewichte und Faservolumengehalte
• Praktisch keine Lufteinschlüsse, die besonders Verbinder schwächen
• Perfekte Oberflächen beidseitig
• Je nach Harz, Aushärtetemperatur kann man sein Teil schon nach ein paar Stunden fertig aus der Form holen

Nachteile

• Nicht alle Geometrien möglich
• Form muss einiges aushalten (Temperatur, Dichtung muss gut verpresst sein), ich würde es mit laminierten Formen gar nicht erst versuchen

Nun zum eigentlichen Projekt: Als am besten zum Testen ohne all zu viel Geld rauszuschmeißen schien mir eine kleine Form für einen F3K-Wurfstift aus Alu. Die Dinger müssen viel aushalten, möglichst dünn und leicht sein. Klar kann man die auch einfach aus einer Kohleplatte ausfräsen und schleifen, aber das wäre etwas zu einfach…

Das Ergebnis (je nach Kohleeinsatz etwa 0,9-1,2g):

Wenn Interesse besteht würde ich den genauen Ablauf und die Hilfsmittel hier dokumentieren, vielleicht hat ja jemand Lust etwas herum zu probieren.

Viele Grüße,
Christopher

 

[The_Pitcher]

Sehr interessant, gerne mehr Infos dazu!

Hast du Zugang zu einer RTM-Presse? Wie sieht die Form aus die du verwendet hast?

 

[Albalonga]

Hallo,
durch den Skalierungsfaktor kann man bei so kleinen Teilen vieles anders machen als in der industriellen Serienfertigung. Dadurch vereinfacht sich vieles, was einfach bei großen Formen nicht anders geht. Dass da Pressen benutzt werden liegt ja hauptsächlich am Gewicht und daran, dass in diesen Prozessschritten viel Zeit eingespart werden kann. Die Injektions- und Aushärtezeit ist mehr oder weniger vorgegeben. Beim Belegen der Form muss die Person sich eben beeilen. Wird dann aber vor und nach jeder Injektion noch umständlich alles von Hand zusammengebaut und am besten noch Haufenweise Schraubzwingen drauf, dann macht das ganze wenig Sinn mehr. Mit Presse sind das ein paar Sekunden.

Da das im Modellbau nicht ganz so kritisch ist und ich es einfach halten wollte, sind Ober- und Unterseite ganz einfach verschraubt. Wie beim Bau von Vollkernflächen in Formen sollte trotzdem nicht unterschätzt werden dass man einige davon braucht.

Hier schonmal ein Bild von der kleinen Form. Die außenstehenden Bohrungen sind für Passstifte, in die anderen 4 kommen M6-Schrauben. Das schwarze ist eine Silikonschnur in einer Nut als Dichtung. Material ist Alu 5083.

 

[Gideon]

Hallo Christopher,

coole Sache. Spritzpressen ist allerdings etwas missverständlich, denn gepresst wird ja bei RTM im besten Fall nicht, sondern nur injiziert. HP-RTM ist die Abwandlung davon, bei dem das trockene Preform mit Harz übergossen und dann das Werkzeug geschlossen wird. Da ist schon mehr (Press)druck im Spiel.

Ich würde den Einlass und die Steiger anders gestalten, und zwar so, dass nur dünne Harzgrate außerhalb der Bauteilkontur übrigbleiben. So wie ich das sehe, ist der Einlass mittig und verdrängt zudem Fasern, das ist strukturell eher ungünstig. Prinzipiell würde es reichen, von einer Seite zur anderen zu injizieren. Das ist auch für den Faserverlauf besser, da so weniger Ondulation stattfinden kann. Manuelle Kniehebelspanner (z.B. von Destaco) funktionieren sehr gut, um das Werkzeug zu schließen.

Hast Du das Harz mit einer Spritze eingefüllt?

 

[Albalonga]

Erst möchte ich mal etwas zur Form selber und was ich mir dabei gedacht habe schreiben, demnächst dann zum Prozess der Bauteilherstellung selber.

Spritzpressen ist allerdings etwas missverständlich

Spritzpressen hab ich einfach von Wikipedia so übernommen... Gibt es einen anderen deutschen Namen? Was genau sind die Steiger, hab ich noch nicht gehört? Die Positionen von Einlass und Auslass sind sicher auch nicht ganz optimal, das kann man noch etwas durchdachter gestalten. Meinst du damit einen Teil der Trennebene etwas auf Untermaß zu fräsen und den Auslass dann weiter außen anzuordnen? Wäre bestimmt deutlich eleganter…

Hast Du das Harz mit einer Spritze eingefüllt?

Ja genau Ist aber schwieriger umzusetzen als ursprünglich gedacht…

Während eine normale Form im einfachsten Fall aus dem Negativ des Bauteils selbst, dem Formenrand und Passstiften besteht, kommen hier noch ein paar Sachen dazu. Einerseits die Verschraubung in dem Fall, die sehr wichtige Dichtung, Der Einlass fürs Harz und der Auslass.

In dem Fall habe ich eine Verschraubung gewählt, weil die Form dann einfach kompakter und handlicher ist. Das Ding ist aber auch so mini, dass es schwierig wäre da irgendwelche Spanner oder Zwingen draufzumachen. Im Nachhinein würde ich die Löcher für die Schrauben allerdings als Langloch konstruieren, damit sie seitlich aufgesteckt werden können und nicht komplett aufgedreht werden müssen. Ist auch hilfreich, wenn die Dichtung mal versagt…

Bei der Abdichtung habe ich mehreres ausprobiert. In dem Fall ist die zum Glück recht klein und hat eine einfache Geometrie. Mit Dichtungen kenne ich mich nicht so aus und habe verschiedene Materialien ausprobiert. Das Material sollte auch etwas höhere Temperaturen aushalten. Moosgummischnüre waren zu weich und Harzreste sind dran kleben geblieben. Außerdem erholen sie sich nach längerem starkem Verpressen nicht gut und sind dann nur ein paar Mal zu verwenden. Das größte Problem war aber, dass es ganz einfach nicht dicht war Harz rausgeflossen ist. Da war ich am Anfang so naiv und dachte ich lass das Teil in der Form, vielleicht wird es ja was. Besser ist es aber, das Teil abzuschreiben und die Form auf- und sauber zu machen. Total verklebte Passstifte und Schrauben sind nicht schön… Da hat es dann nur geholfen die Form mit dem Heißluftfön zu erhitzen bis das Harz verkokelt, dann gingen auch die Schrauben raus. Vor dieser Erkenntnis habe ich auch erstmal den Kopf einer Schraube abgedreht. Mittlerweile nutze ich Silikonschlauch der um einiges härter ist und bis jetzt zuverlässig abdichtet und sich auch beliebig oft verwenden lässt.

Der Ein- und Auslass sind wie gesagt nicht der Weisheit letzter Schluss. Ist auch nicht gerade ein simples Thema an sich. Bei dem Teil jetzt nicht so kritisch, wenn man größere Bauteile macht sollte man sich aber schon genaue Gedanken machen. Bei der jetzigen Anordnung ist der Weg, den das Harz durch das Bauteil zurücklegen muss sehr klein. Der Wurfpin hat innen einen Schaumkern, der aber auch erstmal beidseitig umschlossen werden muss. Das birgt die Gefahr von „gefangener Luft“ im Teil. Die Faserorientierung im Bauteil selber hat auch einen großen Einfluss, da das Harz eben lieber Parallel zur Faser fließt als im Slalom um diese herum. Was eine ganz schlechte Idee war, war dass der Einlass in der einen, der Auslass in der anderen Formhälfte sind. Dadurch kann man sie nicht einfach hinstellen… Der Durchmesser der Bohrungen sind 2mm, beim Einlass ist das Egal, beim Auslass würde ich sie eher noch kleiner machen, das Harz soll schließlich nicht von sich aus rausfließen.

Noch kurz was zum Material selber. Die Form ist aus Alu 5083. Die breiten Kerben die man auf dem Bild aus Beitrag 3 sieht, sind nicht irgendwie reingehauen, sondern kommen von verrutschten Rovings. Das Alu kommt mir sehr weich vor. Vielleicht wäre 7075er in dem Fall die bessere Wahl, da habe ich sowas noch nie gesehen.

 

[Gideon]

Steiger, in der Gießereitechnik auch Speiser genannt:

Speiser – Wikipedia

de.wikipedia.org

Der RTM-Prozess (Resin Transfer Molding) ermöglicht die Herstellung von FVK-Bauteilen (Faserverstärkte Kunststoffe). Dazu werden eine Lauffer Vulkanisierpresse und eine Tartler Infiltrationsanlage verwendet. Zu Beginn des Prozesses werden in ein zweiteiliges Werkzeug Preforms eingelegt. Die Preforms wurden zuvor auf einem Cuttertisch formgerecht zugeschnitten und lagenweise drapiert. Nach dem Einlegen wird das Werkzeug mit der Presse geschlossen und aufgeheizt. Daraufhin kann mit der Infiltrationsanlage ein Harz/Härter-System über den Anguss des Werkzeugs eingespritzt werden. Das Preform wird nun so lange durchtränkt, bis das Harz/Härter-System über einen Steiger austritt. Dieser wird geschlossen, sobald keine Luftblasen mehr austreten, welche sonst Trockenstellen hervorrufen könnten. Unter Druck und Wärme härtet dann das Bauteil aus und kann abschließend aus dem Werkzeug entnommen werden.

Quelle: http://www.wbk.kit.edu/wbkintern/Forschung/Projekte/produktionstechnischeslabor_de/?p=537

 

[Gideon]

Was ich auch noch nicht ausprobiert habe ist folgende Methodik (die Du mit deinem Aufbau auch machen könntest): Das belegte Werkzeug um einige Zehntel öffnen, dann das Harz injizieren und anschließend die Form auf Endmaß schließen. Durch den Spalt fließt das Harz deutlich schneller und die Gefahr einer Faserondulation ist durch den geringen Druck reduziert. Darüberhinaus findet die Imprägnierung in Z-Richtung statt, sodass auch größere Stacks schneller durchtränkt werden. Das nennt sich dann Spaltimprägnieren: https://www.maschinenmarkt.vogel.de/fvk-bauteilfertigung-in-wenigen-minuten-a-341777/

 

[Albalonga]

Hallo Stefan,
verstehe, dann sind die Steiger also quasi in dem Fall einfach die Auslässe. Spaltimprägnieren könnte ich auch mal ausprobieren, ist aber denke ich schwierig da innen ein verpresster Schaumkern ist. Das ist aktuell 4mm Depron, das dann stark zusammengedrückt wird, deshalb würden einige zehntel wohl kaum einen Unterschied machen. Vielleicht schaffe ich es Morgen einen Wurfstift zu bauen und Bilder zu machen. Das erklärt es besser

 

[Gideon]

Super, bin gespannt.

 

[Albalonga]

So jetzt geht’s mal ans Laminieren. Das ist am Anfang nicht viel anders als sonst auch immer, erstmal muss alles ausgeschnitten werden. Gibt natürlich 100 Möglichkeiten, das hier ist nur ein Beispiel das funktioniert…

Als Kern der „Preform“ dient ein 4mm Depronkern. Um ihn in Form zu bringen, einfach auf die Form drücken, dann zeichnet sich der Rand ab. Am Rand ist eine leichte Fase geschliffen, dann ist es etwas selbstzentrierend. Die drei Löcher dienen als Harzkanäle und sorgen für „hardpoints“ an den Stellen, wo der Stift eingeklebt wird und die Finger sitzen. Der Kern muss nicht super passen, Depron lässt sich sehr stark komprimieren. Dann wird er noch in die Form eingedrückt, damit Druck- und Zugseite nachher nicht verwechselt werden.

Die eigentlichen Biegekräfte nehmen die Rovings auf. Ich benutze fast überall die SIGRAFIL C50 24k, da sehr gute Eigenschaften und leicht bei R&G verfügbar. Die Abstufungen wie auf dem Foto, die kurzen sind jedoch innen, also näher am Kern als die langen. Die Druckseite ist deutlich schwerer belegt. Das ist in der Größe dann eine ziemliche Friemelarbeit, die Rovings alle glatt mit der Pinzette aufeinander und dann auf den Kern zu legen. Hab da auch schon Sprühkleber versucht, kann man vergessen.

Die Rovings dann außen noch etwas stutzen und ausdünnen, dann wird ein dünner stramm Roving drumrum gewickelt, um das ganze zu fixieren. Wieviele Fasern das jetzt sind, keine Ahnung. Ist halt ein ca. 1mm schmaler Streifen vom 24k-Roving. Ich habe nicht den ganzen wie auf dem Bild benutzt, sondern ca. die Hälfte und den Roving an Anfang und Ende mit sich selbst fixiert. Der gewickelte Roving sorgt außerdem dafür, dass die beiden Schalen nicht so leicht auseinanderbrechen. Ich habe auch ein paar ohne diesen Roving gebaut und belastet, es haben sich immer zuerst die Außenschalen getrennt, welche aber selber noch intakt waren. Da das von der hohen Schubspannung in der Mitte kommt, wäre hier ein Schlauch wohl besser, die Dinger fransen aber so extrem aus dass das kaum ordentlich drüberzuziehen ist. Sind auch schwerer… Das Gewicht ist stark abhängig von dem Roving, mit dem das ganze umwickelt wird. Der ist nicht optimal, weil er zu kleinen Harzseen führt und den Kern stärker eindrückt. Außerdem werden die Fasern beim schließen des Werkzeugs gestaucht. Wenn jemand bessere Vorschläge hat, nur her damit!

Ganz außen kommt hauptsächlich der Optik wegen (sieht halt aus wie die meisten Flächen heutzutage) noch eine Lage CW40.

So, das wäre dann geschafft und die ganzen Fasern dürfen sich in die Form legen. Das funktioniert glücklicherweise sehr gut und alles bleibt beim Schließen dort wo es sein soll. Wenn etwas CW40 über die Silikondichtung hinaussteht ist das nicht schlimm, bisher hat das Harz trotzdem immer dort halt gemacht.

Als Trennmittel für alle Aluformen benutze ich übrigens Semiperm Monofilm, da hat man eine saubere Form nach 15 min komplett Laminierfertig eingetrennt. Trennt allgemein bei Sichtkohle ohne irgendeine Deckschicht 1A und ergibt eine hochglänzende Oberfläche ohne dass Harz an der Form kleben bleibt. Ich liebe Lösungsmittelbasierte Trennmittel, wenn doch noch Harz in der Form klebt kann man das meist mit dem Trennmittel "rauspolieren"

Ab jetzt ist alles anders als beim Handlaminieren, jetzt ist nämlich das Werkzeug zu und die Fasern trocken. Was noch fehlt ist das Harz. Hier benutze ich übrigens das HP-E29L von HP-Textiles. Das ist bei den Temperaturen in meiner kleinen Werkstatt (im Winter 13°C) zwar deutlich viskoser als z.B. Epoxidharz L von R&G, mit etwas Wärme geht es aber. Wichtigster Punkt des ganzen ist, das Harz nach dem Mischen gut zu entlüften, sonst hat das alles keinen Sinn! Wenn Luft im Harz ist, sind die ganzen Vorteile vom Einspritzen wieder dahin.

An den Einlass der Form wird dann eine medizinische 5ml-Spritze eingesteckt(die sind noch sehr günstig, anders als Nitrilhandschuhe, die ich mittlerweile 10mal benutze weil sie sonst das teuerste am ganzen sind). Der Heißkleber stabilisiert das ganze. Sind übrigens nur zwei Schrauben, die anderen sind kaputt, nachdem sie mit Gewalt rausoperiert werden mussten. Würde ja einfach zu Hornbach um die Ecke fahren, aber das ist mir zu blöd im Moment mit online zwei Schräubchen reservieren und Abholen… für die Form braucht es etwa 1ml Harz, 3ml lasse ich aber einfach durchlaufen. Das hilft etwas um Luft rauszuschwemmen. Ist aber eigentlich auch Stümperhaft, bei größeren Teilen ginge das nicht. Danach werden die Auslässe verschlossen.

Sooo… das klingt alles ganz einfach, aber das größte Problem von allen ist einfach, dass ich auch nach 15 Versuchen immernoch Luftblasen (dry-Spots, voids) im Teil hatte. Ich habe alle Einflussfaktoren ausprobiert, Harztemperatur, Formtemperatur, anderes Harz, „Pressgrad“ (mehr/weniger Fasern), ganz langsam einspritzen, volle Pulle drücken, Schwerkraft (Form umgedreht), Vakuumunterstützung an den Auslässen (->VARTM), noch mehr Harz durchfließen lassen, den Kern durchlöchert für besseren Harzfluss. Letztlich hat alles irgendwie nichts gebracht... Die Lösung war schließlich, nach dem Einspritzen und Schließen der Auslässe möglichst viel Druck in der Form zu haben, was in dem Fall nur dadurch geht, dass die Spritze während des Aushärtens nachdrückt. Auf keinen Fall darf nach dem Einspritzen an der Spritze gezogen werden, am besten wird immer gedrückt. Das ist leider schwierig umzusetzen, weshalb eine Alternative zur Spritze wohl der nächste Schritt wäre.

Aushärten erfolgt dann direkt danach für 4h bei 60°C, dann ist das Teil fertig und kann entformt werden.

So das war jetzt schon echt viel… Hier noch zwei Beispiele der Versuche. Links Reinharz in die Form gespritzt. Hat bis auf die Luftblase überraschenderweise sehr gut geklappt. Rechts war zu wenig Material in der Form. Die Fehler sehen meistens so in der Art aus.

Viele Grüße,
Christopher

 

[MisterCheese94]

Wie wäre es wenn man an einer Seite Vakuum zieht und auf der anderen Seite Harz unter Druck injiziert ?
Sollte das Blasenproblem vlt. lösen.

Sebastian

 

[Albalonga]

Hab ich auch schon probiert, leider ist das mit Vakuum nicht direkt gelöst. Schwierig wird es dadurch, dass anders als bei Bootsrümpfen oder Tragflächen in Vakuuminfusion, hier das Teil mehr 3D ist und das Harz überall unterschiedlich schnell fließt. In manchen Bereichen gibt es keinen Widerstand, in anderen stark verpresste Fasern oder sehr dünn. Quer zur Faser fließt es ja auch schlechter. Diese Unterschiede sorgen dafür, dass das Harz sich quasi selbst überholt und Luft einschließt. Die Luftblase ist also komplett von Harz umschlossen. Das Vakuum erzeugt auf der anderen Seite einen Unterdruck, der aber nur die gesamte Harzfront ansaugen kann. Die eingeschlossene Luftblase kann nicht aus dem Harz "befreit" werden. Man muss mehr Harz hinterherschicken, damit sie rausgespült wird.
Das ist vielleicht auch beim rechten Peg im letzten Bild passiert. Es war zu wenig Material in der Form, sodass sich eine "Harzautobahn" gebildet hat. Ob es wirklich so ist, weiß ich aber nicht. Das ganze wäre so einfach, wenn man doch einfach währenddessen reinschauen könnte

Hier ist das sehr gut erklärt, konvergierender Harzfluss ist auch das nächste was ich gerne ausprobieren möchte::

https://www.youtube.com/embed/nu74zvvbOfo?wmode=opaque&start=0

 

[Stephan2]

Hmmm, und wenn Du erst die Luft so weit als möglich raussaugst und danach die Harzzufuhr anstellst?
Es sollte nicht genügend Luft im System sein, um eine Blase zu bilden.

Habe nach dem Prinzip bisher allerdings nur mit Silikon in gedruckten Formen gearbeitet.
Da hat's gut funktioniert.

Grüße
Stephan

 

[dschim]

Das ganze wäre so einfach, wenn man doch einfach währenddessen reinschauen könnte

Manche fräsen ihre Formen aus Plexiglas .... bei entsprechender Wandstärke könnte dass doch auch bei
dieser Methode und der kleinen Fläche des Bauteils immer noch ausreichend sein. Dann Harz ein bisschen einfärben - voila ;-)