Ruckus Composites je specializovaná kontrolní a opravářská dílna uhlíkových vláken se sídlem v Portlandu, ve státě Oregon v USA. Společnost Ruckus byla založena v roce 2008 a od té doby vyhodnotila přes 13 000 a opravila více než 6 000 jízdních kol. Dílna spolupracuje s profesionálními závodními týmy a prodejnami jízdních kol po celém světě.
Majitel dílny Shawn Small je držitelem titulu strojního inženýra na University of Wisconsin-Milwaukee. Studuje uhlík a pracuje s ním již více než deset let.
Asi před čtyřmi lety investoval Shawn do ultrazvukového tloušťkoměru Olympus 45MG pro kontrolu high-tech uhlíkových vláken, vyšetřování a kontrolu kvality. Hovořili jsme s ním, abychom se seznámili s jeho postupy.
Kontrola high-tech jízdních kol pomocí ultrazvukového tloušťkoměru
Společnost Ruckus Composites, inspirovaná láskou k cyklistické technologii, slouží jako hybridní vědecká laboratoř pro jízdní kola, inženýrství, umělecký design a výzkum materiálů z uhlíkových vláken.
Jejich práce začíná použitím tloušťkoměru 45MG na ultrazvukové skenování a mapování poškození. Tento nedestruktivní nástroj slouží k detekci vnitřní delaminace; je schopen „vidět“ vnitřní strukturu vytvořených vrstev kompozitního materiálu rámu jízdního kola – bez nutnosti fyzického řezání do rámu.
Mapování oblastí poškození na rámu z uhlíkových vláken pomocí tloušťkoměru 45MG.
Jízdní kola z uhlíkových vláken jsou komplexní a mají různou kvalitu. Společnost Ruckus používá na opravy rámů letecké uhlíkové vlákno. V dílně se používá 3D tiskárna, která společnosti umožňuje modelovat vlastní formy a aditivně vyrábět vlastní tkané materiály nebo materiály z jednosměrných uhlíkových vláken na opravy trubek (např. zeslabení, pláště spodních držáků a držáky sedadel).
Pomocí vlastních materiálů může společnost Ruckus strategicky posílit jízdní kolo přibližně o 10 % oproti originálu. Po opravě uhlíku se opět použije tloušťkoměr Olympus 45MG na testování rámu pro účely kontroly bezpečnosti a kvality.
V době mimo sezónu společnost Ruckus často provádí interní testování svých materiálů tak, že válcuje vlastní rámové trubky a následně je opakovaně láme a opravuje.
Společnost Ruckus také katalogizuje každé jízdní kolo, které prochází jejími branami. Díky těmto údajům může dokonce provádět své vlastní statistické modelování.
„Můžeme vytvořit zprávu o konkrétním jízdním kole, modelu a roce, a pak zjistit, co se láme,“ vysvětlil Shawn v rozhovoru o kontrolním procesu společnosti se stanicí FOX 12 Oregon.
Cesta, která vedla k tloušťkoměru Olympus 45MG
Odhalit známky poškození v karbonovém kompozitním rámu jízdního kola může být obtížné, protože trhliny v uhlíkových vláknech se často skrývají pod lakem. Před začleněním tloušťkoměru Olympus 45MG do procesu ultrazvukového skenování prováděla společnost Ruckus kontroly rámů jízdních kol pomocí tradičních metod a dalších nedestruktivních testovacích technologií (NDT). Mezi tyto technologie patří:
Vizuální kontrola: Malý detail, jako například odštípnutý lak na rámu jízdního kola, může naznačovat trhlinu, takže vizuální kontroly jsou užitečné při detekci delaminací na povrchu a hranách materiálů.
Tap testing (testování poklepáním): Tato metoda, známá také jako ozvučení, zahrnuje šetrný úder kladivem nebo tvrdým předmětem do materiálu, aby se na základě výsledného zvuku zjistila delaminace. Čistý zvonivý zvuk v laminovaných kompozitech indikuje dobře spojený materiál. Naproti tomu tupější zvuk může indikovat přítomnost delaminace (protože vada tlumí náraz).
Vizuální i zvuková kontrola však podléhají lidské chybě a závisí na kvalitě zraku nebo sluchu kontrolora.
Penetrační kontrola barvivem Jedná se o metodu používanou k odhalení povrchových vad pomocí prosakování barevného nebo fluorescenčního barviva. Fluorescenční penetrant se musí aplikovat v podmínkách zatemnění s ultrafialovým černým světlem. Poté se musí penetrant odstranit. Nakonec je třeba aplikovat vývojku.
Materiál určený ke kontrole se musí nejprve pečlivě vyčistit, jinak penetrant nepronikne dostatečně do vady. Pokud povrchový penetrant není před nanesením vývojky zcela odstraněn, výsledkem budou falešné indikace.
Žádná z těchto metod neposkytovala přesnost potřebnou pro kontroly a opravy jízdních kol z uhlíkových vláken. Proto se společnost Ruckus Composites s hledáním nového řešení obrátila na společnost Olympus.
Řešení zvláštní výzvy pro ultrazvuk pomocí tloušťkoměru 45MG
Před přechodem na tloušťkoměr Olympus 45MG vedla společnost Ruckus Composites několik diskusí s technickým týmem Olympus. Poslala také společnosti Olympus vzorky dílů špičkových jízdních kol k vyhodnocení. Zpočátku bylo poněkud obtížné získat použitelné údaje.
„Jízdní kola představují pro ultrazvuk specifickou a zvláštní výzvu. Uživatelé nevědí o významných rozdílech v materiálech a jejich geometrii. Proto jsou také nutné podrobné znalosti konstrukce jízdních kol,“ řekl Shawn.
Společnost Ruckus ve spolupráci s místním obchodním zástupcem společnosti Olympus sjednala dlouhodobý pronájem přístroje 45MG, aby mohla provádět potřebné testování a výzkum.
Shawn vysvětlil: „Většinu našeho bádání a vyhodnocování provádíme interně. O kompozitních jízdních kolech nejsou k dispozici žádné informace. Naštěstí můžeme konstruovat všechny naše vlastní referenční bloky (amplituda, vzdálenost, porozita atd.) a vytvořit všechny referenční potřeby, se kterými se setkáváme.“
Po úspěšném vyhodnocovacím období byl do postupů společnosti Ruckus Composites začleněn přenosný ultrazvukový tloušťkoměr Olympus 45MG, který nedestruktivně detekuje vnitřní poškození uvnitř konstrukce vytvořené z vrstev kompozitního materiálu rámu.
Shawn Small, majitel a hlavní inženýr společnosti Ruckus Composites, ukazuje odečet A-skenu na tloušťkoměru 45MG a současně provádí ultrazvukovou kontrolu na rámu kola z uhlíkových vláken. Tento odečet indikuje množství přijaté ultrazvukové energie jako funkci času.
Jak tloušťkoměr 45MG detekuje vnitřní poškození v rámech jízdních kol
Pro ty, kteří s přístrojem nejsou obeznámeni, ultrazvukový tloušťkoměr 45MG funguje na principu přesného měření doby, která uběhne, než zvukový impuls vygenerovaný ultrazvukovou sondou projde jednou stranou materiálu.
V kompozitních materiálech se zvuková energie rozptyluje na hranicích jednotlivých zrn mezi vlákny uvnitř kompozitu. Přístroj dokáže detekovat nepravidelné vzory rozptylu v materiálu a signalizovat je zpět operátorovi.
Ultrazvukové přístroje pracují tak, že měří, jak dlouho trvá, než zvukový impuls vygenerovaný malou sondou projde zkušebním kusem a odrazí se zpět od vnitřního povrchu nebo vzdálené stěny.
Chcete-li se dozvědět více o vědeckých poznatcích, které tato technologie využívá, podívejte se na náš výukový program pro tloušťkoměru nebo na často kladené dotazy o ultrazvukovém testování.
Mechanika materiálů: Výhody a nevýhody jízdních kol z uhlíkových vláken
Potenciální nezjištěná trhlina v rámu nebo v součásti jízdního kola z uhlíkových vláken může pro cyklistu představovat vysoké riziko nehody. Pokud se konstrukce, která má podpírat vaše tělo, pod vámi rozpadne na kousky, fyzika říká, že vaše tělo ji bude následovat, a tak můžete utrpět zranění.
Tak proč jezdit na kole z uhlíkových vláken?
Odpověď zní, že uhlíkové vlákno je výrazně lehčí než hliník, ocel, nebo dokonce titan. Nižší hustota materiálu z uhlíkových vláken vibrace na silnici spíše pohlcuje než přenáší. Výsledkem je pohodlnější jízda. Kompozitní materiál lze také tvarovat za účelem snížení odporové síly. Tato odporová síla vyplývá z druhé mocniny rychlosti, takže snížení této síly je tím důležitější, čím rychleji cyklista jede.
Společnost Ruckus Composites tvrdí, že rám z uhlíkových vláken je jednou z nejlepších investic do jízdního kola, kterou cyklista může udělat, a to kvůli zdánlivě nekonečné únavové životnosti a opravitelnosti. I když to může být drahá investice, rám můžete využívat roky.
Shawn například vysvětlil, že jízdní kolo z uhlíkových vláken v hodnotě 10 000 USD může vydržet 20 let, a že jej můžete konstrukčně přestavět tolikrát, kolikrát je to bezpečné. Na druhou stranu, opravy jízdních kol s kovovými rámy mohou být kvůli použitému materiálu příliš nákladné na opravu.
Analýza nákladů: Hodnota ultrazvukového testování pro kontrolu kol
Poté, co společnost Ruckus Composites zkontrolovala tisíce jízdních kol, nadále vidí v ultrazvukovém tloušťkoměru 45MG hodnotu.
„Náš Olympus 45MG pracuje na maximum; zařízení se vyplatilo,“ řekl Shawn. „Přístroj 45MG se stal základem našich každodenních obchodních služeb.”
Shawn Small kontroluje rám z uhlíkových vláken pomocí tloušťkoměru 45MG.
Schopnost tloušťkoměru prokázat strukturální integritu neviditelnou pro lidské oko je nejvyšší výhodou a pomáhá společnosti zajistit kvalitní služby.
„Je šokující, jak málo viditelné poškození může kolo vykazovat,” řekl Shawn. „45MG používáme k vyhodnocení strukturální integrity kompozitní struktury. To nám také umožňuje přesně zmapovat náš proces opravy kompozitu.“
Shawn pokračoval: „To nám pomáhá zajišťovat kvalitu našich služeb. Například můžeme naskenovat jízdní kolo v nepoškozené oblasti pro srovnání a určit tloušťku laminátu. Tyto údaje pak použijeme k tomu, abychom určili, kolik materiálu musí náš technický pracovník v oblasti poškození aplikovat.“
Společnost Ruckus Composites si za kontrolu celého rámu a vidlice účtuje 250 USD. Pokud se zákazník po kontrole rozhodne svůj rám opravit, vrací zpět 100 USD. Průměrné náklady na opravu jsou 500 USD, což zahrnuje obnovení laku.
Shawn vysvětlil svůj přímý proces opravy.
„Zmapujeme poškozené oblasti pomocí přístroje 45MG, a poté navrhneme plán opravy zúženého kompozitu. Všechna poškozená uhlíková vlákna vyrobíme, a všechna nová uhlíková vlákna aplikujeme na základě našeho rozvržení. Odsajeme vak a vytvrdíme konstrukci v peci, a poté obnovíme veškerý lak a grafiku v naší dílně,“ řekl Shawn.
Shawn si oblíbil tloušťkoměr 45MG také pro jeho přenositelnost a snadné použití.
„Olympus 45MG je jednoduchý stroj, a to je výhoda. Když jej nepotřebujete, nemusíte se starat o nic nadměrného ani většího,“ řekl Shawn.
Související obsah
Výukový program pro ultrazvukový tloušťkoměr
Video: Představujeme tloušťkoměr 45MG
Ultrazvukové testování – často kladné dotazy
Kontaktujte nás
