Ruckus Composites to mieszczący się w Portland (w stanie Oregon w Stanach Zjednoczonych) warsztat, który specjalizuje się w badaniu i naprawie elementów z włókna węglowego. Od momentu jego założenia w 2008 roku w warsztacie dokonano przeglądu ponad 13 000 rowerów, a naprawiono ich przeszło 6000. Warsztat współpracuje z profesjonalnymi zespołami kolarskimi i sklepami rowerowymi z całego świata.
Jego właściciel, Shawn Small, ukończył inżynierię mechaniczną na Uniwersytecie Wisconsin-Milwaukee. Zajmuje się tworzywami węglowymi już od ponad dekady, a pasja z czasów studiów przerodziła się w pracę.
Około cztery lata temu Shawn zainwestował w grubościomierz ultradźwiękowy Olympus 45MG przeznaczony do zaawansowanej inspekcji i kontroli jakości włókna węglowego, a także do badania wykonanych z niego elementów. Shawn zgodził się opowiedzieć nam o tym, jak przebiega ten proces.
Badanie zaawansowanych technologicznie rowerów przy użyciu grubościomierza ultradźwiękowego
Założony przez pasjonata technologii produkcji rowerów warsztat Ruckus Composites stał się z czasem swoistą pracownią badawczą, w której fachowa wiedza na temat rowerów splata się z inżynierią, sztuką i znajomością materiału, jakim jest włókno węglowe.
Proces pracy przy rowerze zaczyna się od użycia grubościomierza 45MG, który służy do ultradźwiękowego skanowania i lokalizowania uszkodzeń. To urządzenie do badań nieniszczących pozwala wykrywać wewnętrzne rozwarstwienia i „widzi” wewnętrzną strukturę warstw materiału kompozytowego, z którego wykonana jest rama roweru, eliminując potrzebę fizycznego przecinania ramy.
Lokalizowanie uszkodzeń w ramie z włókna węglowego za pomocą grubościomierza 45MG.
Rowery z włókna węglowego mają złożoną konstrukcję, a poszczególne modele różnią się pod względem jakości. Do naprawiania ram w warsztacie Ruckus używane jest włókno węglowe klasy lotniczej. Personel warsztatu korzysta z drukarki 3D, dzięki której może modelować własne formy i — metodą produkcji addytywnej — wytwarzać tkane lub jednokierunkowe elementy z włókna węglowego przeznaczone do naprawiania profili rurowych (np. haków, muf suportowych oraz górnych rur tylnego trójkąta).
Korzystając z własnych materiałów, zespół Ruckus strategicznie wzmacnia rowery, zwiększając ich wytrzymałość nawet o 10% w porównaniu do oryginału. Po naprawie elementu z włókna węglowego grubościomierz Olympus 45MG jest używany ponownie, aby wykonać testy ramy pod kątem bezpieczeństwa i na potrzeby kontroli jakości.
Poza sezonem zespół Ruckus często przeprowadza testy wewnętrzne własnych materiałów, najpierw wykonując rury ram, by następnie wielokrotnie je łamać i naprawiać.
Każdy rower, który zostanie przyjęty na warsztat w Ruckus, jest również katalogowany. Dzięki tym danym warsztat może prowadzić własne statystyki.
Podczas wywiadu dotyczącego stosowanego procesu kontroli dla telewizji FOX 12 Oregon Shawn wyjaśnił: „Jesteśmy w stanie stworzyć raport na temat każdego konkretnego roweru, modelu i dla poszczególnych lat, aby następnie sprawdzić, co najczęściej ulega uszkodzeniom”.
Dlaczego warsztat zaczął korzystać z grubościomierza Olympus 45MG
Wykrycie oznak uszkodzeń kompozytu węglowego, z którego wykonana jest rama roweru, może być trudne, ponieważ pęknięcia we włóknie węglowym często kryją się pod lakierem. Zanim warsztat Ruckus wprowadził do swojego procesu grubościomierz Olympus 45MG, zespół badał ramy rowerów tradycyjnymi metodami i innymi technikami nieniszczącymi (NDT), takimi jak:
Kontrola wizualna: niewielkie szczegóły, takie jak odprysk lakieru na ramie roweru, mogą wskazywać na pęknięcie, dlatego kontrola wzrokowa jest tak użyteczna podczas wykrywania rozwarstwień na powierzchni i krawędziach materiałów.
Ostukiwanie: to metoda polegająca na delikatnym uderzaniu w materiał młotkiem lub twardym przedmiotem w celu zlokalizowania rozwarstwienia na podstawie uzyskiwanego dźwięku. Czysty, „dzwoniący” dźwięk wydawany przez kompozyt wielowarstwowy wskazuje na to, że materiał jest dobrze związany. Natomiast przytłumiony dźwięk może świadczyć o obecności rozwarstwienia (wada tłumi uderzenie).
Zarówno kontrola wizualna, jak i wykonywana na podstawie dźwięków jest jednak podatna na błędy, jako że zależy od jakości wzroku i słuchu badacza.
Badanie penetracyjne: jest to metoda używana do ujawniania wad przechodzących na powierzchnię poprzez wywoływanie barwnika kolorowego lub fluorescencyjnego. Penetrant fluorescencyjny musi być nakładany w warunkach zaciemnionych przy ultrafioletowym świetle czarnym. Następnie penetrant należy usunąć. Na koniec nakładany jest wywoływacz.
Materiał przeznaczony do badania trzeba wcześniej dokładnie wyczyścić — w przeciwnym wypadku penetrant nie wniknie w defekt w wystarczającym stopniu. Jeśli powierzchniowy penetrant nie zostanie całkowicie usunięty przed nałożeniem wywoływacza, może to spowodować mylne wskazania.
Żadna z tych metod nie zapewniała jednak dokładności wymaganej do kontroli i napraw rowerów z włókna węglowego — dlatego właśnie warsztat Ruckus Composites zwrócił się do firmy Olympus w poszukiwaniu nowego rozwiązania.
Grubościomierz 45MG — prosty sposób na badanie ultradźwiękowe
Przed podjęciem ostatecznej decyzji co do grubościomierza Olympus 45MG przedstawiciele warsztatu Ruckus Composites kilkakrotnie omawiali dostępne opcje z zespołem inżynierów Olympus. Wysłali nawet firmie Olympus próbki części zaawansowanych technologicznie rowerów, aby poddać je ocenie. Początkowo uzyskiwanie użytecznych odczytów było trudne.
„W przypadku badania ultradźwiękowego rowery stanowią szczególne, złożone wyzwanie. Wykorzystywane w nich materiały i geometria rowerów mogą być bardzo zróżnicowane, a wielu użytkowników nie ma o takich różnicach pojęcia. Z tego właśnie powodu w naszej pracy potrzebna jest również gruntowna znajomość budowy rowerów”, wyjaśnił Shawn.
Warsztat Ruckus współpracował z lokalnym przedstawicielem handlowym firmy Olympus celem długoterminowego wynajmu urządzenia 45MG, aby wykonać niezbędne testy i badania.
Shawn wyjaśniał to w ten sposób: „Większość badań i ocen wykonujemy wewnętrznie. Brak jest łatwo dostępnych informacji dotyczących rowerów z materiałów kompozytowych. Na szczęście możemy wykonywać własne bloki referencyjne (amplitudy, odległości, porowatości itp.), które mogą być potrzebne w naszej pracy”.
Po pomyślnym okresie próbnym przenośny grubościomierz ultradźwiękowy Olympus 45MG został wprowadzony na stałe do procesu pracy warsztatu Ruckus Composites, gdzie jest wykorzystywany w celu nieniszczącego wykrywania uszkodzeń wewnętrznych w strukturze ram zbudowanych z materiałów kompozytowych.
Shawn Small, właściciel i główny inżynier w warsztacie Ruckus Composites, wyświetla odczyt skanu A na grubościomierzu 45MG podczas kontroli ultradźwiękowej ramy rowerowej wykonanej z włókna węglowego. W tym odczycie wyświetlana jest ilość energii ultradźwiękowej odbieranej w funkcji czasu.
W jaki sposób grubościomierz 45MG wykrywa wady wewnętrzne w ramach rowerowych
Działanie grubościomierza ultradźwiękowego 45MG polega na precyzyjnym pomiarze czasu przejścia impulsu dźwiękowego, wygenerowanego przez przetwornik ultradźwiękowy, przez jedną stronę materiału.
W materiałach kompozytowych energia dźwięku jest rozpraszana na granicach między poszczególnymi włóknami. Urządzenie może wykrywać nieregularne wzorce rozpraszania w materiale, i przekazać odpowiednie informacje operatorowi.
Działanie grubościomierza ultradźwiękowego polega na pomiarze czasu przejścia impulsu dźwiękowego — wygenerowanego przez niewielką sondę (przetwornik) — przez element badany i powrotu tego impulsu po odbiciu od powierzchni wewnętrznej lub odległej ściany.
Aby lepiej zrozumieć zjawiska, na których oparta jest ta technologia, zachęcamy do zapoznania się z samouczkiem dotyczącym grubościomierzy lub z odpowiedziami na często zadawane pytania dotyczące badań ultradźwiękowych.
Mechanika materiałów: zalety i wady rowerów z włókna węglowego
Potencjalnie niewykryte pęknięcie w ramie lub elemencie roweru wykonanym z włókna węglowego może poważnie zagrażać rowerzyście. To oczywiste, że jeśli konstrukcja podpierająca ciało rowerzysty roztrzaska się na kawałki, będzie on narażony na upadek i powstałe w jego wyniku obrażenia.
Dlaczego więc jeździmy na rowerach z włókna węglowego?
Odpowiedź brzmi: ponieważ włókno węglowe jest znacznie lżejsze niż aluminium, stal, a nawet tytan. Mniejsza gęstość włókna węglowego sprawia, że materiał ten amortyzuje wibracje zamiast je przenosić. To sprawia, że jazda jest bardziej komfortowa. Dodatkowo materiał kompozytowy można ukształtować w taki sposób, aby ograniczyć opór aerodynamiczny. Opór jest obliczany w oparciu o prędkość podniesioną do kwadratu, więc zmniejszenie go staje się tym ważniejsze, im szybciej jedzie rowerzysta.
W warsztacie Ruckus Composites panuje opinia, że rama z włókna węglowego jest jedną z najlepszych inwestycji, jakiej może dokonać rowerzysta — z powodu jej ogromnej trwałości zmęczeniowej i możliwości naprawy. Taka rama może być kosztowna, ale będzie służyć przez całe lata.
Shawn wyjaśnił, że na przykład rama roweru z włókna węglowego za 10 tysięcy dolarów może służyć przez 20 lat i dopóki tylko pozwolą na to względy bezpieczeństwa, możliwe jest jej wielokrotne strukturalne odbudowywanie. Z kolei naprawianie ram metalowych może być zbyt kosztowne z powodu wykorzystywanego materiału, czyli metalu.
Analiza kosztów: wartość testów ultradźwiękowych podczas badania roweru
Po przebadaniu tysięcy rowerów personel warsztatu Ruckus Composites w dalszym ciągu ceni sobie grubościomierz ultradźwiękowy 45MG.
„Wykorzystujemy nasz grubościomierz Olympus 45MG do absolutnego maksimum. To urządzenie już nam się zwróciło”, podkreślił Shawn. „45MG stał się podstawą naszej codziennej pracy”.
Shawn Small wykonuje badanie ramy z włóka węglowego, używając grubościomierza 45MG.
Zdolność tego urządzenia do pokazywania elementów struktury wewnętrznej, które są niewidoczne dla ludzkiego oka, jest jego kluczową zaletą i pomaga warsztatowi zapewniać najwyższą jakość usług.
„To naprawdę zaskakujące, jak niewiele uszkodzeń widać gołym okiem”, wyjaśnił Shawn. „Używamy grubościomierza 45MG, aby ocenić stan strukturalny kompozytu. Urządzenie pozwala nam również dokładnie planować proces jego naprawy”.
Shawn dodał: „Stale dbamy w ten sposób o jakość naszej pracy serwisowej. Na przykład dla porównania możemy przeskanować rower w obszarze nieuszkodzonym, aby ustalić grubość warstw. Na tej podstawie informujemy naszego technika, który nakłada laminat, ile materiału będzie potrzebne w miejscu uszkodzenia”.
Warsztat Ruckus Composites pobiera opłatę 250 USD za badanie całej ramy i widelca, przy czym 100 USD z tej kwoty jest naliczane na poczet naprawy, jeśli po kontroli klient zdecyduje się na naprawę ramy. Średni koszt naprawy wynosi 500 USD, co obejmuje renowację lakieru.
Shawn wyjaśnił prosty proces naprawy:
„Korzystając z grubościomierza 45MG, tworzymy mapę uszkodzonych obszarów, a następnie opracowujemy plan naprawy kompozytu. Maszynowo usuwamy uszkodzone włókno węglowe i nakładamy nowe zgodnie z planem laminacji. Stosujemy technikę laminacji próżniowej i utwardzamy konstrukcję w piecu, po czym wewnętrznie przywracamy wszystkie lakiery i grafiki”.
Shawn ceni grubościomierz 45MG za jego przenośność i łatwość obsługi.
„Olympus 45MG jest nieskomplikowanym urządzeniem i właśnie to stanowi o jego wartości. Nie muszę przecież nosić niczego większego ani dodatkowego, jeśli nie jest mi to potrzebne”, wyjaśnił.
Powiązane treści
Samouczek dotyczący grubościomierzy ultradźwiękowych
Film: przedstawiamy grubościomierz 45MG
Odpowiedzi na często zadawane pytania dotyczące badań ultradźwiękowych
Warto nawiązać kontakt
