Forged carbon (C-SMC, C-BMC)

Forged carbon to kompozyt z ciętych wiązek włókna węglowego w żywicy, formowany na gorąco w stalowej formie pod dużym ciśnieniem. Półprodukt ma postać arkuszy (C-SMC, carbon sheet moulding compound) albo masy (C-BMC, carbon bulk moulding compound). Prasujemy go w objętości zamkniętej i pod próżnią – bez pustek powietrznych w detalu i bez wypływki do obcinania. Projektujemy detale, formy i proces, a potem produkujemy serię.

Parametry w skrócie

Typowa seriaod kilkuset do ponad 100 000 szt./rok
Czas formowania2–30 min na cykl
Długość włókientypowo 12–50 mm
Ciśnienie prasowaniarzędu kilkudziesięciu do ponad 100 bar
Temperatura formyzwykle 130–160 °C
Formowanieobjętość zamknięta, próżnia w gnieździe – bez wypływki
Prasy w zakładziehydrauliczne 160 t i 40 t
Odpad (wydrążone detale CD)ok. 0,5% masy detalu
Płyty1–30 mm w standardzie, 500×500 mm

Wartości typowe, orientacyjne – zależą od geometrii, materiału i wymagań.

Co u nas zamówisz

  • Węzły, mufy, wsporniki i łączniki 3D z żebrami, otworami i insertami
  • Detale wydrążone – lżejsze niż pełne, bez klejenia połówek (patent pending)
  • Zamienniki frezowanych detali aluminiowych
  • Płyty 1–30 mm (500×500 mm) z forged carbon, węgla, aramidu, szkła i ich kombinacji
MateriałyC-SMC i C-BMC z włóknem węglowym na żywicy epoksydowej
Typowe serieod kilkuset do ponad 100 000 szt./rok; prototypy – obróbka z płyty
U nasprasy hydrauliczne 160 t i 40 t, frezarka CNC 5-osiowa, lakiernia
Do wyceny prześlijmodel 3D lub rysunek – albo opis i szkic, wymagania i roczną ilość
PrzykładWydrążone detale z forged carbon
Schemat prasowania forged carbon w objętości zamkniętej: stempel pracuje wewnątrz ścian matrycy, insert kształtuje wnętrze detalu, a do gniazda formy podłączona jest próżnia
Rys. 1. Forged carbon (C-SMC, C-BMC) – schemat procesu (rysunek poglądowy).

Prasowanie w objętości zamkniętej, pod próżnią

Detale z forged carbon prasujemy w formie zamkniętej. Gniazdo jest szczelne, a próżnię podłączamy, zanim materiał zacznie płynąć, i utrzymujemy ją przez całe prasowanie. Powietrze uchodzi z wsadu, więc w detalu nie zostają pęcherze powietrza. Jakość laminatu możemy potwierdzić zgładem pod mikroskopem.

Materiał wypełnia tylko gniazdo i nie ma dokąd wypłynąć, dlatego nie powstaje wypływka. Nie ma też stref, które trzeba potem obciąć, a do których uciekałoby włókno. To mniej obróbki po prasowaniu i wyższa jakość detalu – także na krawędziach.

Prasowanie z wypływkąCarbon Design: objętość zamknięta i próżnia
Gniazdo formynadmiar materiału wypływa na krawędziachzamknięte – materiał wypełnia tylko gniazdo
Powietrze we wsadzieuchodzi częściowo, ryzyko pęcherzyusuwane próżnią przed prasowaniem i w jego trakcie
Włókno na krawędziachczęść włókien ucieka do wypływkizostaje w detalu
Obróbka po prasowaniuobcinanie wypływki i wyrównanie krawędzibez obcinania wypływki
Porównanie zasad. Szczegółów konstrukcji formy, insertów i uszczelnienia nie publikujemy – to technologia opracowana przez Carbon Design; omawiamy je z klientami po podpisaniu NDA.

Co wyróżnia nasz forged carbon

Opracowaliśmy – jako pierwsi na świecie – seryjną metodę wytwarzania wydrążonych, wysokowytrzymałych detali z forged carbon, w której włókna nie są ścinane ani skracane, co utrzymuje wytrzymałość detalu. Metoda jest zgłoszona do ochrony patentowej. Detal powstaje w jednym procesie, bez sklejania połówek, a odpad materiału to około 0,5% masy gotowej części.

Produkujemy też płyty kompozytowe o wymiarach 500×500 mm: z forged carbon, a także węglowe, aramidowe, szklane i dowolne ich kombinacje. W standardzie mają grubość od 1 do 30 mm, a technicznie możemy wykonać płyty grubsze niż 100 mm. Płyty służą do obróbki CNC i jako półprodukt na elementy wyposażenia, detale techniczne i wykończenia premium – od motoryzacji i motorsportu po jachty i design wnętrz.

Płyty z forged carbon z produkcji Carbon Design.

Kiedy wybrać

  • Detal ma złożony kształt 3D: żebra, otwory, inserty, zmienną grubość ścianki
  • Zastępujesz frezowane aluminium i chcesz zmniejszyć masę oraz koszt obróbki
  • Seria liczona w setkach lub tysiącach sztuk rocznie uzasadnia stalową formę
  • Wygląd ma znaczenie – marmurkowa struktura bez lakieru albo pod lakier
  • Potrzebujesz detalu wydrążonego, lżejszego niż pełny, bez klejenia połówek

Kiedy lepiej inna technologia

  • Wymagana jest maksymalna sztywność w jednym kierunku – lepszy będzie prepreg UD (autoklaw lub PCM)
  • Detal to duży, cienki panel powyżej około metra – rozważ RTM light (LRTM) lub infuzję
  • Potrzebujesz 1–5 prototypów – szybciej i taniej wyjdzie obróbka z płyty lub prepreg na formie kompozytowej

Jak powstaje detal z forged carbon

Ten sam schemat stosujemy przy detalach pełnych i wydrążonych; różni się insert i sposób przygotowania wsadu.

  1. Projekt detalu pod prasowanie: kąty wyjścia, promienie, grubości, miejsca na inserty.
  2. Analiza MES z uwzględnieniem quasi-izotropowych właściwości materiału ciętego.
  3. Symulacja prasowania w Moldex3D z modułem Fiber: wypełnienie formy, orientacja włókien i odkształcenia – projektowanie i symulacje.
  4. Projekt stalowej formy z kontrolą temperatury w NX Mold Wizard i nadzór jej wykonania w narzędziowni.
  5. Przygotowanie wsadu: dobór masy i ułożenia arkuszy C-SMC lub masy C-BMC w formie.
  6. Zamknięcie formy i podłączenie próżni – powietrze usuwamy z gniazda, zanim materiał zacznie płynąć.
  7. Prasowanie na gorąco w objętości zamkniętej i utwardzenie – od kilku do kilkudziesięciu minut na cykl; próżnię utrzymujemy do końca prasowania.
  8. Wykończenie bez obcinania wypływki, montaż insertów i lakierowanie, a następnie kontrola wymiarów i laminatu.

Właściwości i porównanie

Cięte włókno układa się w formie we wszystkich kierunkach, więc forged carbon zachowuje się w płaszczyźnie podobnie we wszystkich kierunkach (quasi-izotropowo). Jest sztywniejszy i wytrzymalszy od kompozytów SMC z włóknem szklanym, ale ustępuje laminatom z ciągłego włókna w kierunku włókien.

CechaForged carbon (C-SMC)Prepreg z tkaniny (autoklaw)
Swoboda kształtubardzo duża: żebra, występy, insertyograniczona do kształtów z warstw
Czas cykluminutygodziny
Kierunkowość właściwościquasi-izotropowe w płaszczyźnieprojektowane kierunkowo, najwyższe w osi włókien
Opłacalna seriasetki–dziesiątki tysięcy szt./rokpojedyncze–tysiące szt./rok
Koszt formywysoki (stal, grzanie)niski–średni (kompozyt, aluminium)
Wyglądmarmurkowa struktura ciętych włókienklasyczny splot tkaniny
Porównanie orientacyjne. Dobór zawsze weryfikujemy obliczeniami MES dla konkretnego detalu.

Przykładowe dane katalogowe materiału C-SMC na żywicy epoksydowej z 55–60% wag. włókna: wytrzymałość na zginanie ok. 460–540 MPa, moduł sprężystości przy rozciąganiu ok. 43–50 GPa, gęstość ok. 1,44–1,51 g/cm³ (karta IDI Ultrium U550/U660). Wartości dla konkretnego materiału i detalu potwierdzamy badaniami.

Pytania i odpowiedzi

Czym forged carbon różni się od zwykłego karbonu?

Zwykły karbon to warstwy tkaniny lub taśm z ciągłego włókna układane w formie. Forged carbon powstaje z ciętych wiązek włókna prasowanych w formie, dzięki czemu wypełnia złożone kształty 3D i ma marmurkowy wygląd. Ceną jest niższa sztywność w porównaniu z laminatem ułożonym w kierunku obciążenia.

Czy forged carbon jest wytrzymały?

Tak – przy odpowiednim projekcie detalu forged carbon zastępuje frezowane aluminium przy wyraźnie niższej masie. Wytrzymałość zależy od długości włókien, żywicy, udziału włókna i sposobu płynięcia materiału w formie, dlatego każdy detal sprawdzamy obliczeniami MES i badaniami.

Czym wyróżnia się wasze prasowanie forged carbon?

Prasujemy w objętości zamkniętej i pod próżnią. Próżnię podłączamy przed formowaniem i utrzymujemy w jego trakcie, więc w detalu nie zostają pęcherze powietrza – możemy to potwierdzić zgładem pod mikroskopem. Materiał nie wypływa poza gniazdo, dlatego nie ma wypływki ani stref do obcinania – to mniej obróbki i wyższa jakość. Szczegółów rozwiązania nie publikujemy, bo to technologia opracowana przez Carbon Design.

Czy można wykonać wydrążony detal z forged carbon?

Tak. To nasza specjalność: opracowaliśmy seryjną metodę wytwarzania wydrążonych detali, w której włókna nie są ścinane ani skracane, zgłoszoną do ochrony patentowej. Odpad materiału wynosi około 0,5% masy detalu.

Jakie płyty kompozytowe produkujecie?

Płyty 500×500 mm z forged carbon, a także węglowe, aramidowe, szklane i dowolne ich kombinacje. W standardzie mają grubość od 1 do 30 mm; technicznie możemy wykonać płyty grubsze niż 100 mm. Wykonujemy też elementy na wymiar pod konkretny projekt.

Od jakiej ilości opłaca się forged carbon?

Stalowa forma z grzaniem jest droższa niż forma do laminowania, więc forged carbon opłaca się zwykle od kilkuset sztuk rocznie. Przy prototypach proponujemy obróbkę z płyty albo inny proces do czasu uruchomienia serii.

Masz rysunek detalu? Sprawdzimy, jak go wyprodukować.

Napisz, co ma robić detal, w jakiej ilości i jakie ma wymagania. Odpowiemy z propozycją technologii, materiału i kolejnych kroków – bez zobowiązań, po podpisaniu NDA, jeśli trzeba.