Muovikomposiittien valmistustekniikkojen kehitystä on vienyt eteenpäin uusien materiaalien tulo markkinoille. Usein uudet materiaalit ovat vaatineet myös uuden valmistustekniikan. Tämän voi havaita myös valmistusmenetelmäosasta, jossa monen valmistustekniikan nimi viittaa suoraan tiettyyn materiaaliin tai puolivalmisteeseen.

Perustekniikan kehityksen jälkeen on panostettu enemmän koko valmistusprosessin automatisointiin ja rationalisointiin. Tässä osassa kuvataan, miten tehokkaiksi eri valmistusmenetelmät on saatu kehitettyä.

10.3.1   Märkälaminointi

Märkälaminoinnissa ei ole pyritty automatisoimaan laminointivaihetta vaan se on pysynyt samanlaisena viime vuosikymmenet. Suurin kehitys on tapahtunut raaka-aineiden puolella. Sekä lujitteet että hartsit ovat tulleet entistä helpommiksi laminoida. Lujitteiden muotoiltavuutta ja kastuvuutta on jatkuvasti parannettu. Samoin markkinoilla on paljon yhdistelmä- ja muita erikoislujitteita, joilla laminointiaikaa voidaan vähentää.

Laajojen pintojen laminointiin käytetään laminointikonetta, jossa hartsi syötetään pumpulla letkuja myöten suoraan laminointitelaan. Näin vältytään hartsin ja kovetteen sekoittamiselta erillisessä astiassa ja hartsin annostelusta telaa kastamalla. Koneellisesti tapahtuvalla annostelulla päästään tasaiseen hartsin jakautumaan ja se myös nopeuttaa laminointia noin 30 % verrattuna perinteiseen käsinlaminointiin.

Käsinlaminoinnin työmäärän suurimmat säästöt on saavutettavissa etenkin suurilla kappaleilla oikealla työn vaiheistuksella ja sopivilla apulaitteilla. Laminointiprosessissa tulee väistämättä taukoja gelcoatin tai laminaattien kovettuessa. Työn suunnittelu siten, että myös kovetusaikoina voidaan jatkaa laminointia toisessa kohteessa tai toisella kappaleella, on ensiarvoisen tärkeää hyvän kokonaiskannattavuuden kannalta.

Valmistusta voidaan rationalisoida leikkaamalla lujitteet edeltäkäsin oikeisiin mittoihin ja järjestämällä ne valmiiksi oikeaan laminointijärjestykseen. Lujitteiden leikkaus voidaan koneellistaa hyvinkin pitkälle. Samoin reunojen leikkaus ja reiki­en teko voidaan automatisoida, mikäli sarjasuuruudet ovat riittäviä.

10.3.2   Ruiskulaminointi

Ruiskulaminointi voidaan robotisoida suhteellisen vaivattomasti gelcoat- ja laminaattiruiskutuksen osalta. Ruiskutukseen soveltuvat hydrauliset maalausrobotit lähes sellaisinaan. Laminaatin tiivistysvaiheen automatisointi on sen sijaan vaikeaa, kun valmistettavana on muotokappale. Tasolaminaatit voidaan tiivistää roboteilla perinteisiä tiivistysteloja käyttäen.

Aiemmin kuvassa 10.3. esitetyn robottiruiskutuslinjan tilajärjestely antaa kuvan automatisoinnin mahdollisuuksista. Tässä ratkaisussa ei ole vielä koneellistettu muottien irrotusainekäsittelyä eikä kappaleen irrotusta. Samoin osa kappaleiden ja muottien siirroista tapahtuu manuaalisesti. Myöskään näiden vaiheiden automatisointi ei ole mahdotonta.

Robotisoinnin tavoitteena on tuottavuuden kasvun ohella työolosuhteiden parantaminen, mikä saadaan aikaan suorittamalla hankalat työvaiheet koneellisesti suljetuissa tiloissa. Kovetusjaksojen nopeuttamisella pystytään myös hyödyntämään ruiskulaminoinnin suuri kapasiteetti kasvattamatta muottien lukumäärää kohtuuttomasti.

10.3.3   Prepreg-laminointi

Prepreg-laminoinnin automatisointia on tutkittu erittäin paljon lentokone- ja avaruusteollisuudessa, joille nämä puolivalmisteet ja niiden kovetus autoklaavissa on hallitseva tekniikka. Prepregien leikkaus ja muottiin asettelu sekä kerrosten tiivistys ovat käsin tehtyinä erittäin hitaita työvaiheita. Lisäksi käsityössä virhemahdollisuudet ovat suuremmat kuin koneellistetuissa menetelmissä.

Prepreg-teippien leikkaukseen, ladontaan ja tiivistykseen on valmistettu numeerisesti ohjattuja koneita. Koneet käyttävät 1″ – 12″ leveitä yhdensuuntaisprepregejä, jotka laminointipää asettaa halutussa laminointikulmassa muottiin ja tiivistää samalla laminaatin. Kone poistaa laminoinnin yhteydessä prepregin suojakalvot ja suo­rittaa teipin leikkauksen. Laminointinopeus on maksimissaan luok­kaa 30 m/min. Parhaassa tapauksessa voi työn säästö käsin tehtä­vään laminointiin verrattuna olla jopa 80 %.

Automaattiset prepreg-nauhojen laminointikoneet toimivat suorilla tai loivasti kaarevilla muottipinnoilla. Investointikustannukset ovat vielä niin suuret, että kannattavat sarjakoot ovat tuhansia kappaleita. Luvun 5 kuvissa 5.8 ja 5.14 on esitetty nauha- ja kuitulaminointikoneiden periaatteet. Koneet käyttävät raaka-aineena kerta- ja kestomuovimatriisisia prepregejä.

Autoklaavivalmistuksen muita vaiheita voidaan myös automatisoida. Prepreg-materiaalien automatisoitu varastointi on pitkälle kehitetty. Järjestelmän avulla voidaan välttää väärien materiaalien käyttö. Samoin on helppo käyttää säilytysajaltaan rajalliset raaka-aineet oikeassa järjestyksessä. Mikäli laminointia ei suoriteta koneellisesti, prepregien leikkaus koneellisesti oikeisiin mittoihin on yleistä. Valmiiden prepreg-palojen asetteluun on saatavilla koneita, jotka heijastavat kulloinkin aseteltavan palan ääriviivat muotin pinnalle.

Valmiiden kappaleiden viimeistely voidaan tehdä vesisuihkuleikkauksella, laserilla tai mekanisoiduilla leikkureilla.

10.3.4   Suljettujen muottien menetelmät

Suljettujen muottien menetelmissä on jo jonkin asteen mekanisointi perusprosessissa. Yleisesti voi todeta tuotannon rationalisoinnin kulkevan rinnatusten puolivalmisteiden kehityksen kanssa. Suurtuotantoon soveltuvien uusien kerta- ja kestomuovisten puolivalmisteiden markkinoille tulo antaa selvästi paremmat lähtökohdat materiaalinkäsittelyn ja valmistusprosessin rationalisointiin. Automatisointikeinot eivät tässä tapauksessa poikkea oleellisesti muiden materiaalin käsittelystä.

RTM, RRIM ja SRIM

Injektiomenetelmissä lujite voidaan asettaa muottiin esivalmistettuna lujiteaihiona. Injektio- ja kovetusvaiheita voidaan nopeuttaa hartsien ja muottien lämmityksellä. Lujiteaihioiden valmistuksen nopeuttamiseen ja automatisointiin on kehitetty ja kehitetään jatkuvasti uusia vaihtoehtoja. Näitä on käsitelty tarkemmin luvussa 5. Raaka-aineseosten valvonta varastosäiliöissä, niiden valvottu syöttö muotteihin ja prosessin valvonta muotissa voidaan automatisoida ja näin saada sekä laadultaan että jaksoajaltaan mahdollisimman taloudellisesti tuotettuja kappaleita.

Kuvassa 10.4 on esimerkki aihiontekolinjasta.  Menetelmässä sideaine annostellaan perusaihioon linjalla ja tämä perusaihio kovetetaan muotissa. Perusaihion päälle on mahdollista lisätä haluttuja lujitekerroksia, jäykisteitä tai ydinaineita tarpeen mukaan. Tämä tapahtuu erillisessä vaiheessa, jossa paikallisella lämmityksellä voidaan liittää lisämateriaali perusaihioon.

MKR 21.6

Kuva 10.4 Lujiteaihioiden valmistuslinja.

Puristusmenetelmät

Ruiskuvalussa ja SMC:n puristuksessa automatisoidaan myös raaka-aineen siirtoja, kappaleen irrotusta muotista ja tuotteen jälkikäsittelyä sekä pinnoitusta. Itse valmistuksen perusprosessi on pitkälle koneellistettu.

10.3.5   Muut menetelmät

Kuitukelauksessa ja pultruusiossa säädetään ja tarkennetaan prosessien ohjattavuutta lisäämällä ohjausautomatiikkaa. Samoin kappaleiden käsittelyä siirretään entistä enemmän manipulaattoreiden tai robottien hoidettavaksi.