Cách tốt nhất để cắt và tạo hình vải sợi carbon là gì?

Các Dụng Cụ Cắt Thiết Yếu Cho Vải Sợi Carbon

Vonfram, cacbua và lưỡi cưa kim cương: Độ chính xác cao và hiệu suất ít bụi

Việc lựa chọn đúng vật liệu lưỡi cắt sẽ tạo nên sự khác biệt lớn khi làm việc với vải sợi carbon để đạt kết quả cắt sạch và an toàn. Lưỡi cắt bằng hợp kim vonfram có tuổi thọ dài hơn và giữ độ sắc bén tốt hơn so với các lựa chọn khác, đồng thời vẫn có giá thành hợp lý, nghĩa là người thợ có thể cắt trong nhiều giờ trước khi cần thay thế. Tuy nhiên, lưỡi cắt phủ kim cương còn nâng cao hơn nữa. Nghiên cứu cho thấy những lưỡi này tạo ra lượng bụi phát sinh vào không khí ít hơn khoảng 60 phần trăm so với lưỡi thép hoặc lưỡi hợp kim thông thường. Điều này rất quan trọng vì các hạt sợi carbon nhỏ (nhỏ hơn 10 micron) thực tế có thể gây ra các vấn đề về phổi theo các báo cáo y tế. Khi thực hiện các công việc chi tiết như cắt viền hoặc tạo hình phức tạp, lưỡi kim cương tạo ra các đường cắt mịn mà không bị tưa sợi. Hợp kim vẫn là lựa chọn cân bằng tốt giữa hiệu suất, độ bền và chi phí. Dù sử dụng loại lưỡi cắt nào, việc lắp thêm hệ thống hút bụi sẽ giúp hút ngay các hạt có hại ngay tại vị trí chúng phát sinh trong quá trình cắt.

Lưỡi dao tròn siêu âm và nhiều răng: Ngăn ngừa hiện tượng tách lớp trong vật liệu ngâm tẩm sẵn và vải khô

Khi làm việc với vật liệu sợi carbon, hiện tượng tách lớp thường là vấn đề đau đầu nhất trong các thao tác cắt, đặc biệt là với những loại prepreg ngâm keo mà chúng ta thường xuyên xử lý. Các lực cơ học tác động trong phương pháp cắt thông thường thường dẫn đến việc các lớp bị tách ra hoặc làm lệch hoàn toàn sự sắp xếp sợi. Đây chính là lúc dao siêu âm thể hiện ưu thế vượt trội. Những công cụ này rung ở tần số từ 20 đến 40 kHz đồng thời duy trì biên độ rất thấp, cho phép chúng cắt qua các sợi mà không gây ra lực ép ngang – nguyên nhân gây ra nhiều vấn đề. Các bài kiểm tra độc lập đã chỉ ra rằng những lưỡi dao chuyên dụng này giảm thiểu khoảng ba phần tư các khuyết tật ở mép cắt so với thiết bị cắt thông thường. Đối với việc xử lý vải khô, dao tròn nhiều răng hoạt động rất hiệu quả nhờ các răng xếp lệch nhau giúp phân bổ lực căng đều dọc theo toàn bộ đường cắt. Điều này ngăn ngừa tình trạng các sợi bị kéo ra thay vì được cắt gọn gàng, giữ nguyên cấu trúc dệt. Về vận hành hàng ngày, hầu hết các kỹ thuật viên có kinh nghiệm khuyên nên giữ lực ép hướng xuống dưới mức 5 psi để tránh nén ma trận vật liệu. Và cũng đừng quên bảo dưỡng lưỡi dao – hãy thay dụng cụ cắt sau khoảng 150 mét hoạt động để đảm bảo kết quả ổn định theo thời gian.

Các Kỹ Thuật Cắt Thủ Công Đã Được Chứng Minh cho Vải Sợi Carbon

Các đường cắt thẳng: Ghi điểm có hướng dẫn, lựa chọn tấm lót và quản lý độ căng

Để có những đường cắt thẳng hoàn hảo, bạn cần chú ý đến từng chi tiết ở mỗi bước thực hiện. Hãy bắt đầu bằng việc rà đường cắt định hướng trước. Kẹp chặt một thước nhôm hoặc thước thép thẳng và dùng lưỡi cắt cacbua vonfram lướt qua nó. Thực hiện khoảng hai đến ba lần rà nhẹ, chồng lấn nhẹ lên nhau để rạch trước lớp vật liệu, trước khi thực hiện đường cắt thật trong một chuyển động liền mạch. Các tấm lót HDPE ở đây cũng rất hiệu quả. Bề mặt trơn, không thấm nước của chúng giúp vật liệu không bị tưa sợi và ngăn bụi bẩn bám vào lưỡi dao. Việc kiểm soát lực căng cũng rất quan trọng để đạt kết quả tốt. Hãy dùng băng dính nhẹ (loại không dính mạnh) để cố định các mép vải và giữ lực ép nhẹ nhưng ổn định khi cắt. Viện Sản xuất Vật liệu Composite đã thực hiện một số thử nghiệm về vấn đề này và phát hiện ra rằng khi người thao tác chú ý đến lực căng, họ sẽ giảm được khoảng 70 phần trăm các vấn đề ở mép cắt so với việc cắt bừa mà không có sự hỗ trợ.

Các hình dạng cong và phức tạp: Đường cắt quay tròn, cách sử dụng mẫu khuôn và mẹo căn chỉnh lớp

Các máy cắt xoay với lưỡi tròn sắc bén vượt trội trong việc cắt các đường cong bán kính nhỏ trong khi vẫn duy trì độ liên tục của sợi. Để đảm bảo độ chính xác và giảm thiểu hiện tượng tưa sợi:

• Dán băng dính che phủ trực tiếp lên bề mặt vải và vẽ mẫu theo đường viền lên băng dính – cách này tạo ra một đường dẫn rõ nét, ổn định, chống bong tróc sợi;
• Cắt ngay bên ngoài đường viền đã vẽ bằng các nét cắt liên tục, mượt mà – không bao giờ nhấc lưỡi cắt hay dừng giữa chừng khi đang cắt cong;
• Đối với các chồng vật liệu nhiều lớp, cần căn chỉnh các lớp chính xác bằng chốt định vị trước khi cố định dưới túi chân không để loại bỏ hoàn toàn hiện tượng trượt lệch.
  Các chuyên gia khuyến nghị giảm tốc độ cắt đi 30% ở các góc , duy trì góc lưỡi dao ổn định từ 15–20°, và xoay phôi – chứ không xoay lưỡi dao – nhằm bảo vệ chất lượng mép cắt và ngăn ngừa hiện tượng tích nhiệt cục bộ hoặc bong tách lớp.

Cắt sợi carbon bằng tia laser: Khả năng và Hạn chế quan trọng

Laser CO² so với Laser sợi: Chất lượng mép cắt, hư hại do nhiệt và rủi ro về tính dẫn điện

Khi nói đến việc cắt sợi carbon, công nghệ laser mang lại độ chính xác tuyệt vời, nhưng việc lựa chọn hệ thống phù hợp mới là yếu tố tạo nên sự khác biệt về độ an toàn, chất lượng và độ bền của chi tiết. Các laser CO2 hoạt động ở bước sóng khoảng 10,6 micron hoạt động hiệu quả với các loại nhựa hữu cơ, cho ra các mép cắt mịn và không làm nóng quá mức nền epoxy hoặc vinyl ester. Tuy nhiên, các laser sợi trong dải bước sóng 1,06 đến 1,08 micron có thể cắt nhanh hơn tới ba lần. Vấn đề nằm ở đâu? Bước sóng ngắn hơn của chúng bị hấp thụ và đôi khi bị phản xạ lại bởi các sợi carbon có tính dẫn điện. Chúng tôi đã chứng kiến hiện tượng phản xạ này gây ra các sự cố điện nghiêm trọng và làm tia laser lệch hướng một cách khó dự đoán, đặc biệt khi làm việc gần các mép hoặc đường nối. Một mối lo ngại lớn khác là vùng ảnh hưởng bởi nhiệt. Nghiên cứu chỉ ra rằng vùng này sâu thêm từ 0,4 đến 0,8 mm khi dùng laser sợi, điều này thường làm cháy than hóa nhựa, gây tách lớp vi mô và làm suy giảm độ bám dính giữa các lớp trong các chi tiết kết cấu. Đúng là laser sợi mang lại hiệu suất cao hơn khoảng 25% đối với vật liệu mỏng dưới nửa milimet, nhưng phần lớn các xưởng vẫn ưu tiên dùng hệ thống CO2 cho các bộ phận hàng không then chốt hoặc bất kỳ chi tiết nào cần chịu tải. Dù sử dụng loại laser nào, việc thông gió hợp lý luôn là yếu tố thiết yếu. Các hệ thống hút khói công nghiệp được trang bị bộ lọc HEPA là cần thiết để thu giữ các khí độc hại được giải phóng khi vật liệu bị phân hủy do nhiệt.

An toàn và Kiểm soát Môi trường Khi Làm Việc với Vải Sợi Carbon

Làm việc với sợi carbon đòi hỏi các biện pháp an toàn nghiêm ngặt đối với cả người lao động và môi trường. Khi hít phải những sợi carbon nhỏ (dưới 10 micron), có nguy cơ thực sự gây hại. Những người thường xuyên làm việc với vật liệu này thường mắc viêm phế quản mãn tính hoặc các vấn đề về phổi khác. Vì vậy, bắt buộc phải đeo khẩu trang đạt chuẩn NIOSH loại N95 khi thực hiện bất kỳ công việc cắt, chà nhám hay vát mép nào. Một số người cần sử dụng thiết bị hô hấp loại P100 nếu tiếp xúc trong thời gian dài. Da cũng bị kích ứng do tiếp xúc trực tiếp với các vật liệu này, vì vậy găng tay nitrile và áo dài tay chất lượng tốt là những yêu cầu bắt buộc trong khu vực xưởng sản xuất. Để đảm bảo thông gió đầy đủ, hầu hết các xưởng đều lắp hệ thống hút khí cục bộ ngay cạnh vị trí thực hiện cắt, thường trong phạm vi khoảng 15 centimet. Các hệ thống này cần thu giữ hơn 90% các hạt lơ lửng trong không khí. Nhiều cơ sở cũng vận hành máy lọc không khí HEPA trên toàn bộ khu vực để kiểm soát mức độ bụi, lý tưởng nhất là dưới 0,1 mg mỗi mét khối theo tiêu chuẩn OSHA và quy định của EU. Hỗn hợp nhựa chưa đóng rắn và mảnh vụn carbon thừa được coi là chất thải nguy hại. Chúng cần được xử lý đặc biệt trong các container được đậy kín đúng cách và được ghi nhãn rõ ràng theo hướng dẫn của EPA trong 40 CFR Phần 261. Mỗi xưởng nên sẵn sàng bộ dụng cụ ứng phó sự cố tràn đổ, bao gồm các vật liệu như vermiculite không phản ứng hóa học. Sàn dẫn điện được lắp đặt trên toàn khu vực giúp ngăn ngừa tích tụ tĩnh điện nguy hiểm khi xử lý vải khô, từ đó giảm nguy cơ cháy nổ, đặc biệt khi làm việc gần các dung môi hoặc chất xúc tác.