Potrzeba
Obudowa wirnika deski pod ciśnieniem wody i wymogów technicznych
Awake to marka, która na nowo zdefiniowała surfing, przenosząc go w XXI wiek - i to z konkretnym przyspieszeniem. Ich elektryczne deski poruszają się z zawrotną prędkością, a każda ich część pracuje pod ogromnym obciążeniem mechanicznym i środowiskowym. Jednym z takich komponentów jest obudowa wirnika — kluczowy element chroniący wewnętrzny napęd deski, narażony na nieustanny kontakt z wodą, drganiami i uderzeniami.
Dotychczas element ten był wykonywany ze stopu aluminium przy użyciu pięcioosiowych obrabiarek CNC. Taka produkcja zapewniała wysoką jakość, ale przy rosnącym wolumenie sprzedaży zaczęła być wąskim gardłem na etapie produkcji — generując przy tym duże koszty i długie terminy realizacji. Właśnie wtedy inżynierowie Awake zwrócili się do ekipy 3DForce z pytaniem: czy da się wykonać ten sam komponent szybciej, taniej i z równie wysokimi parametrami?
Projekt od początku był wymagający - zarówno pod względem materiałowym, jak i konstrukcyjnym. Obudowa nie mogła być wykonana na poziomie good enough. Musiała działać niezawodnie w ekstremalnych warunkach - i zachować swoje właściwości nie przez chwilę, ale przez cały cykl życia produktu. Dodatkowo wybrany komponent miał spełnić szereg rygorystycznych wymagań. W projekcie musieliśmy poświęcić uwagę na zachowanie ultra wysokiej wytrzymałości mechanicznej – obudowa jest narażona na bezpośrednie uderzenia o skały, dno, kamienie czy elementy w wodzie. Wirnik napędzany jest energią elektryczną, co wnosi do projektu wymóg niepalność w klasie V0. Bezpieczeństwo użytkownika jest priorytetem w każdym naszym projekcie. Nie zapominamy przy tym o komforcie. Deska musi być lekka, dynamiczna i dobrze wyważona, a każdy gram robi różnicę, dlatego na każdym kroku stawialiśmy na rozwiązania redukujące masę.
Obudowa, jak całą deska i jej użytkownik działa w warunkach kontaktu ze słoną i słodką wodą, promieniowaniem UV, zmiennymi temperaturami oraz środkami chemicznymi używanymi do czyszczenia - wiedzieliśmy, że użycie zwykłego granulatu nie gwarantuje oczekiwanej odporności na czynniki środowiskowe. Zaopiekowaliśmy te potrzeby na etapie doboru materiału. Te wszystkie czynniki nie mogły jednak negatywnie wpłynąć na stabilność wymiarową – forma musi utrzymać geometrię i szczelność niezależnie od wilgotności, temperatury, obciążeń czy czasu. Postawiliśmy na wysoką precyzję wykonania - w projekcie wymagane są bardzo wąskie tolerancje i dokładność pasowań. Dotyczy to gwintów i elementów montażowych.
Zespół Awake wiedział, że produkcja takiego elementu w technologii wtrysku wymaga nie tylko znajomości materiałów, ale też głębokiego zrozumienia przetwórstwa. To nie był projekt dla każdego. Ale właśnie dlatego trafił do nas, a my wszystkie opisane potrzeby potraktowaliśmy z najwyższą uważnością.
01
Ekstremalne warunki użytkowania
Obudowa wirnika nie leżakuje w garażu. Słona woda, promieniowanie UV, częste zmiany temperatury, drgania, wibracje i dynamiczne uderzenia — to standardowy dzień na wodzie tego komponentu. Materiał musiał sprostać wszystkim tym czynnikom - bez mikropęknięć i wypaczeń.
02
Obniżenie kosztów i skrócenie cyklu produkcyjnego
Frezowanie aluminium daje świetną jakość, ale jest kosztowne, powolne i trudne do skalowania. Przejście z produkcją na formę wtryskową pomaga znacząco zredukować koszt jednostkowy produkcji oraz umożliwić szybsze dostawy — co w kontekście międzynarodowej ekspansji Awake było kluczowe.
03
Tworzywo premium i ochrona formy
Do realizacji projektu zaproponowaliśmy PPS – tworzywo o właściwościach, które pozwalają konkurować z metalem. Ale PPS to nie materiał dla każdego. Zawiera 60% włókna szklanego, które działa jak papier ścierny na formę. Dlatego formę należało wykonać wraz z powłokami ochronnymi i aktywnym systemem grzewczym. Projekt wymagał nie tylko wiedzy, ale i odpowiedniego zaplecza technologicznego.
04
Bezkompromisowa wytrzymałość i precyzja
Konstrukcja formy oraz geometria wyrobu musiały zapewnić idealne wypełnienie, brak jam skurczowych, jednorodną strukturę materiału oraz idealne odwzorowanie wszystkich detali funkcjonalnych. Wysoka wytrzymałość, doskonała jakość powierzchni, precyzyjne gwinty i spasowanie — wszystko musiało działać perfekcyjnie w każdej serii produkcyjnej.
Rozwiązanie
Zrobiliśmy formę na lato i na lata
W odpowiedzi na potrzeby Awake zespół 3DForce zaprojektował i wykonał formę wtryskową umożliwiającą produkcję obudowy wirnika z tworzywa, które w branży uchodzi za jeden z najbardziej wymagających materiałów przetwórczych. Mowa o Fortron® PPS. Wiemy, jak wiele pracy klienci wkładają w swoje produkty — od aerodynamiki po estetykę, od układu napędowego po każdy gwint. I wiemy też, że technologia wtrysku potrafi czasem te wizje wywrócić do góry nogami. Dlatego naszym celem zaprojektować formę, która spełni wszystkie wymagania techniczne, ale zminimalizuje kompromisy wizualne.
Ten projekt, jak większość, które stają się naszymi ulubionymi, zaczął się od wyzwania. Dobór materiału, warunki pracy, geometria detalu, ryzyko zużycia formy — każdy z tych elementów mógłby zniechęcić mniej doświadczony zespół. Dla nas to była kolejna techniczna zagadka do rozwiązania. Pierwszym krokiem była analiza aplikacji i wymagań środowiskowych. Na tej podstawie przeprowadziliśmy selekcję zaawansowanych technicznych tworzyw, które zestawiliśmy pod względem właściwości, ograniczeń, kosztów i dostępności. Próbki trafiły zarówno do polskiego, jak i szwedzkiego działu Ride Awake. Decyzja zapadła szybko: Fortron® PPS. To materiał, który łączy odporność na wysoką temperaturę, wodę słoną, UV i chemię. Zachowuje przy tym wyjątkowo dobrą stabilność wymiarową i spełnia klasę palności UL 94 V-0 bez dodatków. Co istotne dla wytrzymałości finalnego wirnika, granulat z którego powstanie może być wzmacniany nawet 60% włóknem szklanym. PPS to tworzywo do zadań specjalnych, jednocześnie nie jest ono przyjazne dla form i nieco kapryśne jeśli chodzi o warunki obróbki. Wymaga maszyn i form przystosowanych do wysokich temperatur (320–340°C), precyzyjnego odpowietrzania oraz materiałów odpornych na silne ścieranie.
Na szczęście nasz zespół i park maszyn tylko czekały na takie wyzwanie. Do realizacji projektu użyliśmy naszej najnowszej wtryskarki Engel, wyposażonej we wzmocniony układ uplastyczniający, systemy iQ Melt Control i funkcję aktywnego grzania formy z pełną izolacją termiczną.
Sama forma została zaprojektowana z myślą o ekstremalnych parametrach materiału, niskim współczynniku płynięcia i konieczności idealnego wypełnienia gniazda bez niedolań czy nadpaleń. Zastosowaliśmy stal H13 z dodatkową powłoką zabezpieczającą, precyzyjny układ wypychaczy i zoptymalizowany system odpowietrzania — wszystko po to, by każdy pojedynczy wirnik wykazywał najwyższy standard. Więcej o tym, jak poddać obróbce ten materiał zdradzamy na końcu naszego artykułu.
Z doświadczenia wiemy, że wybór tworzywa wpływa nie tylko na właściwości wyrobu, ale też na koszt i trwałość formy. W jednej z naszych poprzednich realizacji, klient zakładał zastosowanie PVC-U — materiału odpornego chemicznie, ale bardzo agresywnego dla maszyn i form. Po konsultacji zaproponowaliśmy alternatywę: polipropylen wzmocniony włóknem szklanym. W efekcie koszt produkcji formy spadł o 50%, koszt produkcji produktu o 20%, a jakość finalnego produktu pozostała bez zmian. Takie podejście wdrożyliśmy również przy projekcie dla Awake. Wierzymy, że forma to nie tylko kawałek metalu. To inwestycja, która musi się zwrócić — finansowo, jakościowo i operacyjnie.
