Проекты

Дизайн универсальной деки для лонгборда BAUBOARD, выполненной из сверхлёгких композиционных материалов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Строительство, дизайн и архитектура» среди работ учащихся 7−9 классов

Направление работы: Дизайн изделий из углеткани
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1532
Предметы: Физика, Информатика, Технология
Классы: 9 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Краткое вступление/актуальность темы

После анализа ситуации на рынке инвентаря для уличного спорта в целях комфортного катания, а также под разные стили катания, мы решили, что нужно сделать универсальную доску, которая выдерживала бы большие нагрузки, не боялась влаги, имела хорошую упругость, была легче уже существующих дек, а также была долговечна, что существенно сэкономило бы бюджет спортсмена, такую доску, которая была бы востребована у приверженцев разного стиля катания, от агрессивного до прогулочного, пригодную для широкого использования в мегаполисе.

Цель

Целью данной работы является создание принципиально новой универсальной модели деки для лонгборда из облегчённых композиционных материалов с индивидуальным дизайном.

Задачи

  1. Обеспечить долговечность (дека выдерживает и обладает высокой износостойкостью).
  2. Использовать облегчённые материалы (дека легче уже существующих на рынке лонгбордов, что делает удобной транспортировку).
  3. Обеспечить влагостойкость (деку можно использовать практически при любых погодных условиях, углепластик не боится влаги).
  4. Создать упругость (состав деки позволяет использовать лонгборд даже при агрессивном катании при нагрузке до 300 кг).
  5. Разработать индивидуальный дизайн (макет выполняется в соответствии с пожеланиями будущего владельца лонгборда).

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Фрезерный станок с ЧПУ Росфрезер ARF12STM
  • Печь полимеризации France Etuves
  • Лобзик Makita
  • Вакуумная установка MSH Techno
  • Ручная мини-дрель Dremel 4000
  • Разделительный состав Loctite 770 
  • Soric
  • Впитывающая ткань
  • МДФ 38 мм
  • Эпоксидная смола Т20-60
  • Заполнитель Mikon 399 MC
  • Лазерный станок Mercury III 25W

Описание

Технологию изготовления лонгборда можно разделить на четыре основных этапа, которые включают в себя множество вспомогательных операций.

1.Моделирование

  1. Моделирование главной поверхности изделия – создание пространственной 3D-модели поверхности, на которой будет стоять райдер.
  2. Моделирование полной формы изделия – добавление нижней утолщённой площадки, которая служит усилением между опорами подвесок в конструкции лонгборда.
  3. Расположение меток под сверление отверстий для подвесок – построение геометрии расположения отверстий для установки стандартной подвески лонгборда.
  4. Моделирование оснасток – создание двух 3D-моделей пресс-форм для изготовления лонгборда, которые формируют изделие путём сдавливания материала между двумя половинами. Добавление отверстий под шканты –  центровочные цилиндры, которые позволят совместить две оснастки между собой с точностью до 0,1 мм.
  5. Создание сборки – пространственная проверка совмещения двух оснасток между собой, проверка пересечений.

2. Изготовление оснастки

  1. Резка заготовки – на основе 3D-моделей оснасток производится подготовка материала для фрезеровки на станке с ЧПУ.
  2. Создание управляющей программы в ПО Autodesk PowerMill Ultimate 2019 для обработки заготовки на ЧПУ-станке, она состоит из нескольких этапов: черновая обработка – удаление основной массы материала, предчистовая обработка – обработка заготовок по заданной 3D-модели с припуском в 1 мм, сверление отверстий – добавление отверстий под центровочные шканты.
  3. Пропитка оснастки смолой – данная операция необходима для того чтобы заполнить поры в материале МДФ и получить поверхность, пропитанную полимером.
  4. Термообработка – МДФ помещается в печь и прогревается до температуры в 120 градусов для повышения термостойкости смолы, которой пропитана оснастка.
  5. Чистовая обработка – оснастка повторно базируется в станке с ЧПУ и с неё срезается оставленный ранее припуск в 1 мм по заданной 3D-модели, таким образом достигается высокая точность поверхности оснастки с тонким (около 2 мм) полимерным слоем на поверхности, здесь же происходит гравировка контура изделия и наносятся контуры расположения отверстий; процесс завершается обрезкой оснасток по контуру также внутри станка.
  6. Заполнение пор – в операции используется специальный состав – заполнитель Mikon 399 MC, который наносится губкой на рабочую поверхность оснастки и окончательно заполняет все микроотверстия и сглаживает микронеровности, формируя окончательную глянцевую поверхность.

3. Изготовление изделия

  1. Раскрой имеющихся армирующих материалов согласно чертежу изделия: углеткани и Soric.
  2. Нанесение разделительного состава: на обе оснастки наносится специальный состав Polywax в 5 слоёв с интервалом 15 минут и последующей полировкой каждого слоя. Этот состав необходим для беспроблемного снятия изделия с оснастки после отверждения.
  3. Подготовка связующего – смешивание эпоксидной системы Elantas смолы EC 157 с отвердителем W 152 MLR в весовой пропорции 100:30, данная смола используется в качестве связующего в изготавливаемом изделии, обладает высокими прочностными характеристиками и временем жизни (время, пока смола является жидкостью и не начинает твердеть), равным 90 минут.
  4. Формование изделия. На данном этапе используется технология контактного формования, которая заключается в последовательной укладке армирующих слоёв на поверхность оснастки и последующей пропитке каждого слоя при помощи кисти. Слои укладываются согласно чертежу изделия. Прессование. После укладки и пропитки всех армирующих слоёв оснастка собирается на шканты и помещается пресс, где к ней прикладывается нагрузка в 20 тонн, а также включается нагрев до 80 °С для отверждения эпоксидной смолы.
  5. Разбор оснастки. На данном этапе происходит съём изделия с оснастки, оценивается качество поверхности.
  6. Механическая обработка изделия. При помощи ручной мини-дрели Dremel 4000 изделие обрезается по периметру, а затем края обрабатываются наждачной бумагой для получения гладкой кромки, также в процессе этой операции происходит сверление отверстий для подвесок по ранее намеченным контурам.
  7. Раскрой трафаретов. Согласно дизайн-проекту раскрой происходит на плёнке с использованием лазерного станка Mercury III 25W с последующим приклеиванием её на обратную сторону изделия.
  8. Нанесение рисунка. На финишном этапе изготовления деки с использованием аэрозольной краски наносится рисунок согласно утверждённому дизайну.
  9. Нанесение рисунка. На финишном этапе изготовления деки с использованием аэрозольной краски наносится рисунок согласно утверждённому дизайну.

4.Сборка-установка и настройка-отладка подвесок и колёс лонгборда

На последнем этапе изготовления лонгборда дека покрывается лаком, собирается полный комплект: приклеивается шкурка (наждачная бумага) с лицевой стороны, а с обратной стороны к деке прикручиваются подвески и колёса.

Автор выполнил деку в 4 этапа: создал  3D-модель оснастки и деки в Inventor, оснастку из МДФ, деку из углеткани и сорика и эпоксидной смолы со связующим технологией формования, выполнил финишную обработку изделия, покрыл лаком, раскроил трафарет, нанёс рисунок в соответствии с дизайном.

Результаты работы/выводы

В ходе работы была создана настоящая «карбоновая машина» для катания. Bauboard – это решение для самых требовательных любителей скорости.

Создана дека BAUBOARD для лонгборда из сверхлёгких композиционных материалов с уникальным дизайном. Само строение деки универсально и подходит под любой стиль катания от даунхилла до дансинга, достаточно только заменить подвески и колёса. Использование композиционных материалов и особого дизайна позволило добиться значительного снижения веса. Вес деки равен 1, 27 кг, что легче всех предложенных решений на рынке лонгбордов. Благодаря составу дека влагоустойчивая, что позволяет передвигаться на таком лонгборде даже в дождливую погоду на длинные расстояния. Дека выдерживает нагрузку до 300 кг при агрессивном катании, в то время как обычные деки выдерживают нагрузку до 100 кг максимум, при этом сохраняется хорошая упругость во время катания и исполнения трюков.

По всем параметрам дека из сверхлёгких композиционных материалов долговечна и бюджетна. На рынке есть только один производитель дек из композитов, но в их составе присутствует древесина, что утяжеляет деку и делает её менее прочной по сравнению с декой BAUBOARD.

Перспективы использования результатов работы

Предполагаем изготавливать деки с разным дизайном.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Инжинириум МГТУ им. Баумана.