Ruckus Composites è un negozio situato a Porteland in Oregon (Stati Uniti) che offre servizi di riparazione e di ispezione di componenti in fibra di carbonio. Fondata nel 2008, Ruckus ha ispezionato oltre 13 000 biciclette e ne ha riparato oltre 6 000. Il negozio collabora con squadre ciclistiche professioniste e negozi di biciclette a livello globale.
Il proprietario del negozio, Shawn Small, si è laureato in ingegneria meccanica dell'Università del Wisconsin-Milwaukee. Studia e lavora con il carbonio da più di un decennio.
Circa quattro anni fa, Shawn ha investito nell'acquisto di un Misuratore di spessori a ultrasuoni 45MG Olympus per l'ispezione, l'analisi e il controllo qualità di fibre di carbonio a alta tecnologia. Gli abbiamo parlato per avere maggior informazioni sulla sua esperienza.
Ispezione di biciclette a alta tecnologia mediante il misuratore di spessore a ultrasuoni
Con una forte vocazione per la tecnologia delle biciclette, la Ruckus Composites funziona come laboratorio scientifico per le biciclette ibride, per la progettazione, per il design e per la ricerca dei materiali in fibra di carbonio.
La procedura di ispezione comincia con l'utilizzo del misuratore di spessori a ultrasuoni 45MG per la scansione e la mappatura dei difetti a ultrasuoni. Lo strumento non distruttivo viene usato per rilevare delaminazioni interne: è possibile visualizzare la struttura interna degli strati di materiale composito di un telaio di una bicicletta, senza bisogno di sezionarlo fisicamente.
Mappatura di aree con difetti di un telaio in fibra di carbonio mediante il misuratore di spessori 45MG.
Le biciclette in fibra di carbonio sono complesse ed hanno una qualità variabile. La Ruckus utilizza le fibre di carbonio di qualità industriale per le riparazioni dei telai. Viene utilizzata una stampante 3D per creare i propri stampi e, in aggiunta, per produrre l'intreccio o la componente di fibra di carbonio monodirezionale per la riparazione delle componenti tubolari (es: forcelle, movimento centrale e foderi verticali).
Mediante l'utilizzo dei propri materiali la Ruckus può rinforzare in modo mirato una bicicletta per risultare il 10% più resistente rispetto all'originale. Dopo la riparazione della fibra di carbonio, il misuratore di spessori 45MG Olympus viene utilizzato nuovamente per ispezionare il telaio a fini di sicurezza e controllo qualità.
Durante la bassa stagione, la Ruckus spesso esegue delle ispezioni all'interno dei propri materiali ripristinando le proprie componenti tubolari e, in seguito, alterandole e riparandole a diverse riprese.
Inoltre Ruckus acquisisce i dati di ogni bicicletta presa in gestione. Mediante questi dati riesce perfino a produrre un proprio modello statistico.
"Possiamo produrre un report su una bicicletta di uno specifico modello e anno e verificare il tipo di difetto", ha spiegato Shawn in un'intervista sulla procedura di ispezione con FOX 12 Oregon.
Il percorso che conduce al misuratore di spessori 45MG Olympus
Può risultare difficile rilevare i segni di difetti in un telaio di una bicicletta in carbonio in quanto spesso le fessure nella fibra di carbonio vengono nascoste dalla vernice. Prima di integrare il misuratore di spessori 45MG Olympus nella propria procedura di scansione a ultrasuoni, Ruckus ha eseguito le ispezioni del telaio delle biciclette mediante i metodi tradizionali e altre tecnologie di controllo non distruttivo (NDT). Questi metodi includono:
Ispezione visiva: Un piccolo dettaglio come una convessità di vernice nel telaio della bicicletta può indicare la presenza di una cricca pertanto le ispezioni visive sono utili per il rilevamento delle delaminazioni in corrispondenza della superficie e dei bordi delle componenti.
Tap testing: Noto anche come metodo della risposta sonora, prevede la lieve percussione di una componente mediante un martello o un oggetto rigido in modo da individuare una delaminazione in base alla risposta sonora. Un suono definito in materiali compositi laminati ne indica l'integrità. Invece un suono più sordo può indicare la presenza di delaminazione, a causa dello smorzamento sonoro prodotto dal difetto.
Tuttavia sia l'ispezione visiva che l'ispezione con risposta sonora possono essere soggette a errori umani è dipendono dalla capacità visiva e uditiva dell'operatore.
Ispezione con liquidi penetranti: Questo è un metodo utilizzato per individuare cricche superficiali mediante la fuoriuscita di un liquido colorato o fluorescente. Il liquido fluorescente deve essere applicato in condizioni di oscurità con una luce nera ultravioletta. Successivamente il liquido penetrante deve essere rimosso. Infine deve essere applicato un rivelatore.
La componente da ispezionare deve innanzitutto essere pulita approfonditamente, altrimenti il liquido penetrante non entrerà i contatto con il difetto in modo ottimale. Se il liquido penetrante superficiale non viene rimosso completamente prima dell'applicazione del rivelatore, si evidenzieranno delle indicazioni erronee.
Nessuno di questi metodi garantisce la precisione necessaria per l'ispezione e la riparazione delle biciclette in fibra di carbonio, pertanto la Ruckus Composites si è orientata verso Olympus per un'alternativa.
Superare la sfida articolata degli ultrasuoni mediante il misuratore di spessori 45MG
Prima di passare al misuratore di spessori 45 MG Olympus, la Ruckus Composites ha comunicato in diverse occasioni con il gruppo di ingegneri Olympus. A fini di valutazione sono stati anche inviati a Olympus dei campioni di componenti di biciclette a alta tecnologia. Inizialmente è stato abbastanza complicato ottenere delle misure valide.
"Le biciclette rappresentano una sfida particolare e articolata in termini ultrasonori. Esistono rilevanti variazioni per quanto riguarda i materiali e le forme per i quali l'utente non possiede un quadro conoscitivo completo. Pertanto è necessario avere anche una conoscenza approfondita della struttura delle biciclette", afferma Shawn.
La Ruckus si è relazionata con il proprio rappresentante locale Olympus per accordarsi su un noleggio a lungo termine di uno strumento 45MG in modo da poter realizzare i controlli e le ricerche necessarie.
Shawn spiega, "La maggior parte dei nostri studi e valutazioni sono realizzati internamente. Non esistono informazioni disponibili sulle biciclette in materiali compositi. Fortunatamente possiamo fabbricare dei blocchi di riferimento personalizzati (ampiezza, distanza, porosità, ecc.) per soddisfare tutte le esigenze di riferimento".
In seguito a un periodo di valutazione con esito positivo, il misuratore di spessori a ultrasuoni portatile 45MG Olympus è stato integrato da Ruckus Composites nel processo di rilevamento non distruttivo di difetti interni nella struttura degli strati di materiali compositi dei telai.
Shawn Small, proprietario e ingegnere capo alla Ruckus Composites, visualizza una misura A-scan nel misuratore di spessori 45MG durante un'ispezione a ultrasuoni su un telaio in fibra di carbonio di una bicicletta. Questa misura visualizza l'energia ultrasonora ricevuta in funzione del tempo.
Modalità di rilevamento di difetti interni del misuratore di spessori 45MG in telai di biciclette
Per coloro che non avessero una piena conoscenza della tecnologia: il misuratore di spessore a ultrasuoni 45MG misura con precisione il tempo di percorrenza di un impulso ultrasonoro generato da un trasduttore a ultrasuoni a passare attraverso una componente.
Nei materiali compositi l'energia sonora si diffonde dai singoli limiti intergranulari delle fibre nei materiali compositi. Lo strumento può rilevare gli schemi di diffusione irregolare nel materiale e indicarli all'operatore.
Il funzionamento dei misuratori di spessore si basa sulla misura del tempo di percorrenza di un impulso ultrasonoro generato da una sonda (trasduttore) di ridotte dimensioni per passare attraverso una componente da ispezionare e ritornare al misuratore una volta riflesso dalla superficie interna o dalla superficie inferiore.
Per maggior informazioni sui principi scientifici legati alla tecnologia, consultate le nostre sezioni tutorial sul misuratore di spessori o FAQ sui controlli a ultrasuoni.
Meccanica dei materiali: Vantaggi e svantaggi delle biciclette in fibra di carbonio
Una potenziale cricca non rilevata in un telaio di bicicletta o in una componente in fibra di carbonio può rappresentare una problematica con conseguenze catastrofiche per un ciclista. Se la struttura alla quale si affida il sostegno del proprio corpo si spezza in diversi pezzi la fisica afferma che il proprio corpo, non più sostenuto, cadrà provocandosi delle potenziali lesioni.
Quindi per quale motivo utilizzare una bicicletta in fibra di carbonio?
La risposta è che la fibra in carbonio è significativamente più leggera rispetto all'alluminio, l'acciaio o perfino il titanio. La minore densità di una componente in fibra di carbonio permette di assorbire piuttosto che trasmettere le vibrazioni stradali. Questo si traduce in un aumento di comfort nell'uso della bicicletta. I materiali compositi possono inoltre essere sagomati per ridurre la resistenza aerodinamica. Questa resistenza aerodinamica è regolata dal quadrato della velocità, pertanto riducendo significativamente questa resistenza permette di aumentare la velocità di un ciclista.
La Ruckus Composites sostiene che un telaio in fibra di carbonio rappresenta uno dei migliori investimenti che un ciclista possa fare grazie alla sua praticamente illimitata vita a fatica e riparabilità. Sebbene si tratti di un investimento consistente il telaio durerà molti anni.
A titolo esemplificativo, Shawn spiega che una bicicletta in fibra di carbonio da $10 000 può durare per 20 anni ed è possibile ricostruirla strutturalmente fino a quando risulta sicuro. Invece la riparazione dei telai metallici di biciclette può essere eccessivamente costosa a causa del tipo di materiale.
Analisi dei costi: I benefici dei controlli a ultrasuoni per l'ispezione delle biciclette
Con migliaia di biciclette ispezionate, la Ruckus Composites continua a trarre beneficio dall'uso del misuratore di spessori a ultrasuoni 45MG.
"Abbiamo spinto il 45MG Olympus al limite: lo strumento si è già ripagato", afferma Shawn. "Il 45MG è diventato un elemento fondamentale per la nostra attività quotidiana".
Shawn Small ispeziona un telaio in fibra di carbonio mediante il misuratore di spessori 45MG.
La sua capacità di mostrare l'integrità strutturale non visibile a occhio umano rappresenta un beneficio fondamentale e contribuisce a assicurare un servizio di qualità.
"È stupefacente vedere quanto siano piccoli i difetti della bicicletta che riesce a evidenziare ", afferma Shawn. "Usiamo il 45MG per valutare l'integrità strutturale della struttura composita. Inoltre permette di mappare con precisione il nostro processo di riparazione del materiale composito".
Shawn aggiunge, "Questo ci aiuta a garantire la qualità del nostro servizio. Per esempio, possiamo scansionare la bicicletta in un'area integra come termine di confronto per determinare lo spessore del laminato. Successivamente questa informazione viene utilizzata dal nostro tecnico addetto allo stampaggio per sapere la quantità di materiale necessaria da applicare all'area soggetta a difetto.
La Ruckus Composites applica una tariffa di $ 250 per un'ispezione completa del telaio e della forcella, rimborsando $ 100 se il cliente decide di riparare il telaio successivamente all'ispezione. Il costo medio della riparazione è pari a $ 500, incluso il ripristino della verniciatura.
Shawn spiega la semplice procedura di riparazione.
"Mappiamo le aree soggette a difetti mediante il 45MG e in seguito produciamo uno schema di riparazione in materiale composito sagomato. Rimuoviamo le fibre di carbonio soggette a difetto e applichiamo le nuove fibre di carbonio in base alla nostra pianificazione di stampaggio. Polimerizziamo la struttura al forno in un ambiente sottovuoto e in seguito, internamente, ripristiniamo tutta la vernice e gli elementi grafici", spiega Shawn.
Inoltre a Shawn piace il misuratore di spessori 45MG per la sua portatilità e facilità d'uso.
"Il 45MG Olympus è uno strumento semplice e questo è un beneficio. Infatti non è necessario trascinarsi dietro un ingombro maggiore quando è superfluo per la propria attività", afferma Shawn.
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