2007_DN_06(25)2007_web_2z2.pdf

ROZWIĄZANIA

Od pomysłu do produkcji

– pod kątem technologii

dozowania płynów

Technologiczność

konstrukcj Konstruktorom, projektantom,

ale również menedżerom zarządzającym

nowymi projektami wpajano,

że trzeba pamiętać nie tylko o tym,

co zaprojektować, ale również pamiętać

– jak to potem będzie wykonane.

Chodzi więc o technologiczność konstrukcji

TEKST: MAREK BERNACIAK

ZDJĘCIA: AMB

Choćby nie wiem jak się konstruktor starał,

to nie może sobie za bardzo pozwolić na

„szaleństwo” właściwe artystom, choćby

takim... scenarzystom. Napisze „taki”, że

muchy mają chodzić po partyturze, a potem

niech się Alan Starski martwi, jak te muchy

do chodzenia po partyturze zmusić 1 .

Niewiele osób zdaje sobie ciągle sprawę

z istnienia technologii dostępnych „od ręki”,

a umożliwiających np.:

• estetyczne łączenie różnorakich materia-

łów z sobą (klejenie),

• tanie, ale efektywne uszczelnianie

(FIPG) 2 ,

• wydajne i precyzyjne smarowanie na

cały czas życia wyrobu,

• zalewanie, nanoszenie powłok ochron-

nych na precyzyjnych elementach (np.

elektronicznych),

• wydajne łączenie lutowaniem (poza

elektroniką).

Poruszam te zagadnienia głównie dlatego,

że rzadko w swojej praktyce zajmuję się

projektami, w których te technologie są brane

pod uwagę przez POLSKICH projektantów.

Najczęściej, gdy bierzemy udział w nowych

projektach, w których stosuje się bardziej

ambitne rozwiązania technologiczne, są to

konstrukcje amerykańskie, francuskie, nawet

czeskie. Polscy inżynierowie są wierni śru-

bom, zatrzaskom, wkrętom, a jak się nie da tą

drogą, to poświęcają estetykę i oryginalność

wyrobu na ołtarzu „technologiczności” ogra-

niczonej do poznanych w szkole możliwości

wykonania.

24 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] czerwiec 2007

ROZWIĄZANIA

Dla tych, którzy chcą pokonać ogranicze-

nia, pragnę zaprezentować kilka dostępnych

od ręki technologii, bardzo rzadko omawia-

nych w szkołach.

Rozróżniamy dwa podstawowe rodzaje

uszczelek wylewanych:

• „na mokro” – gdy detal zaraz po

naniesieniu uszczelki jest montowa-

ny. Uszczelka twardnieje (sieciuje)

w zmontowanym wyrobie. W przypad-

ku demontażu lub otwarcia – wymaga

powtórnego naniesienia uszczelniacza;

• „na sucho” – uszczelka jest wylewa-

na i pozostawiona do utwardzenia.

Utwardzona (ale najczęściej elastyczna)

uszczelka zachowuje swoje właściwości

uszczelniające mimo wielokrotnego

demontażu i montażu elementów.

Klejenie profesjonalne

Niedawno spotkałem inżyniera, który właś-

nie opuścił politechnikę (przemilczę jaką,

bo znaną) i był zdziwiony, że… samoloty

są klejone. Tym, którzy jeszcze dziwią się,

powiem krótko: SĄ! I bardzo często ich

konstrukcja nośna opracowana została pod

kątem użycia klejów.

Polscy konstruktorzy unikają klejenia,

bo mu nie ufają. Nie ufają jego sile ani nie

wiedzą, jak uniknąć „babrania się”, wycie-

rania…

Sprawę siły klejenia pozostawiam fir-

mom oferującym kleje. My możemy zająć

się szybkością jego realizacji. Nanieść klej,

złożyć detal i… gotowe!

Kleje nanosimy za pomocą dyspense-

rów, a także ręcznych i automatycznych

pistoletów, czasem tor nanoszenia jest

kierowany robotem. Robot nie musi być

bardzo drogi, a inwestycja zwraca się

w imponującym czasie.

Osobną dziedziną są wylewane uszczelki

piankowe (FIPFG) 3 – w tym wypadku

uszczelniamy „na sucho” – uszczelka

wykonana z pianki poliuretanowej lub

silikonowej (odpornej na wysokie tempera-

tury) bije rekordy pod względem kosztów

wykonania. Jest to najtańsza i jednocześnie

najefektywniejsza metoda uszczelniania

przemysłowego.

Efektywne smarowanie w produkcji

Coraz częściej spotykamy się z oczekiwaniem

klientów, by raz nasmarowany podzespół nie

wymagał powtarzania tego procesu. Produ-

cenci środków smarnych wychodzą naprze-

ciw tym oczekiwaniom. Ubocznym skutkiem

jest wysoka cena takich produktów.

Dodatkowym wymaganiem jest umiesz-

czenie w odpowiednim miejscu tylko takiej

ilości środka smarnego, jaka wystarczy

(ekonomia), jak i takiej, by użytkownik nie

ubrudził się wyciekającym smarem, ale nie

tylko użytkownik wyrobu, także pracownik

wykonujący operację smarowania.

Nasi klienci często korzystają z usługi

pakowania smarów w opakowania technolo-

giczne, umożliwiające redukcję nadmiernego

zużycia materiału, wyeliminowanie zbędnych

czynności oraz wprowadzenie niezależnej od

operatora, zdefiniowanej dawki.

Zalewanie coraz częściej stosowane jest

też jako technologia mocowania. Projektuje

się luźne elementy, wsuwane lub wręcz

składane z dużą szczeliną (która stanowi

zamknięcie łańcucha wymiarowego). Zala-

nie tej szczeliny żywicą jest ostatnim, zamy-

kającym operację montażu procesem.

Uszczelki wylewane

Uszczelki wylewane są naturalnym kon-

kurentem uszczelek kształtowych. Wydaje

się, że uszczelka kształtowa to ideał. Jednak

w kalkulacjach nie bierzemy zwykle pod

uwagę:

• kosztów logistyki i składowania róż-

nych uszczelek,

• utraty skuteczności uszczelniania,

związanego z brakiem ich możliwo-

ści dopasowania się do nierównych

powierzchni, a w konsekwencji: zwięk-

szonych kosztów obróbki powierzchni

lub wykonania połączeń.

Powłoki i wypełnienia specjalne

Elementy elektryczne i elektroniczne nara-

żone na kontakt z agresywnym środowi-

skiem oraz na wibracje i udary mechaniczne

ulegają korozji, zwarciom i uszkodzeniom.

Aby zapobiec tym niepożądanym zjawi-

skom, stosuje się różne techniki zalewania

żywicami, elastomerami i lakierami, wiele

z nich ma własny termin w języku angiel-

skim, nietłumaczony na język polski, jak:

dam & fill, underfill, encapsulation, confor-

mal coating, selective conformal coating …

Wiele tych technologii zaczyna się stosować

również w innych dziedzinach.

Techniki te pozwalają nanosić płyny mon-

tażowe za pomocą precyzyjnych zaworów

dozujących, również nanoszących płyny

bezkontaktowo. Nanosimy je zarówno

Uszczelka wylewana może zostać nanie-

siona ręcznie albo za pomocą robota. Jedna

inwestycja może zostać wykorzystana do

nanoszenia wielu rodzajów i kształtów…

Można znacznie uprościć kształt złącza,

a także zrezygnować z wysokiego standardu

wykonania powierzchni przylegających.

Mimo to możliwe jest utrzymanie estetyki

na najwyższym poziomie.

Zalewanie żywicami

Zalewanie żywicami stosuje się w elek-

tronice i elektrotechnice – najczęściej jako

zabezpieczenie przed wodą, wilgocią oraz:

wibracjami, udarami i innymi niepożądanymi

zjawiskami.

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 25

ROZWIĄZANIA

„

Polscy inżynierowie mają możliwość

uzyskania niespotykanych

właściwości projektowanych

przez siebie wyrobów

coś „zwykłego”, widzę, że dla wielu osób

jest to technologia nowa.

Tym bardziej więc jest to metoda nowa

wśród osób nienależących do wąskiego

kręgu „elektroników”. Sposób jest prosty:

łącząc dwa elementy, wprowadzamy pomię-

dzy nie (albo wręcz w okolicy złącza) kroplę

pasty, która po podgrzaniu złącza rozpływa

się tworząc złącze lutowane, bez żadnych

dodatkowych czynności.

Szczególnym przypadkiem jest wyko-

nywanie złącz lutowanych w elementach

aluminiowych. Aluminiowe elementy

wypierają miedź, obniżając koszty. Specjal-

ne pasty lutownicze, precyzyjnie dozowane,

pozwalają na otrzymanie estetycznego

i trwałego złącza.

za pomocą mikrosprayu, jak i za pomocą

zaworów natryskujących ( jetting ). W tym

miejscu tylko zaznaczamy istnienie tych

technologii, nie rozwijając tematu. Istnie-

jąca literatura 4 pokazuje, że rozważania

dotyczące projektowania układów pod

kątem tych technologii dają ogromne moż-

liwości techniczne i rozszerzają spektrum

zastosowań.

Czas na wnioski

W przedstawionym tekście starałem się

pokazać istnienie technologii, jakie dziś są

podstawą nowoczesnych konstrukcji. Więk-

szości z nich nie omawia się w programach

szkół wyższych 5 .

Wprowadzając te technologie do produk-

cji, polscy inżynierowie mają możliwość

uzyskania niespotykanych właściwości pro-

jektowanych przez siebie wyrobów.

Technologie te ujawniają też możliwo-

ści obniżenia kosztów produkcji, a dalej:

zdobywania nowych rynków, podniesienia

konkurencyjności…, a w dalszym kontek-

ście – także rozwoju gospodarczego.

1) Czytałem wywiad z Alanem Starskim w jednym

z popularnych czasopism. Zamówił on specjalny

gatunek nielatających much, wykorzystanych do

potrzeby jednej tylko sceny w filmie „Pianista”.

2) Formed In Place Gasketing (uszczelka formowana

na miejscu)

3) Formed In Place Foamed Gasket (uszczelka

piankowa wylewana)

4) Patrz m.in.: „Design Considerations for High-Speed

Underfill of CSP and Flip Chip Packages”, APEX

CONFERENCE – JANUARY 2001, dostępne na

www.asymtek.com

5) Oczywiście są wyjątki, jak Politechnika Lubelska czy

Politechnika Wrocławska. Zdarzają się osoby, które

zwracają się do mnie po pomoc w zgromadzeniu

materiałów do pracy dyplomowej, jednak z mojej per-

spektywy jest to zjawisko ograniczone, a oczekiwania

są, delikatnie mówiąc, bardzo podstawowe.

Lutowanie za pomocą past

lutowniczych

W połączeniach mechanicznych i elektrycz-

nych rzadko bierze się pod uwagę moż-

liwości past lutowniczych. Te zawiesiny

stopu w topniku pozwalają na niespotykane

rozwinięcie możliwości technologicznych i

technicznych. Nawet kontaktując się z tech-

nologami na rynku elektronicznym, który

powinien traktować pasty lutownicze jako

26 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] czerwiec 2007

IDEE, PROJEKTY

Sposób na korki

Latający samochód

„Przeczuwaliście na pewno, że jest tylko kwestią czasu,

zanim ludzie zapragną posiadać jakiegoś rodzaju maszyny

latające, które zastąpią samochody. Oczywiście, maszyny

te będą musiały dysponować możliwościami VTOL, być

łatwe w obsłudze, tanie w utrzymaniu, dostępne

i bezpieczne. Cóż, wszyscy tutaj – w Moller International

– wierzymy, że nadchodzi coś, co spełni te marzenia.

Tym czymś stanie się pojazd nazwany M400 Skycar”.

www.moller.com

ROZKŁAD ciśnień przy obciążeniu

statycznym.

PONIŻEJ: Skycar i jego twórca

podczas prób

Marzenie i mrzonka? Absolutnie nie. Latające

samochody rozpalały co prawda wyobraźnię

wielu twórców z branży rozrywkowej

– wspomnę tutaj reżyserów i realizatorów

filmów science-fiction (z kultowym moim

zdaniem obrazem Luca Besson „Piąty ele-

ment”; polecam tym, którzy nie widzieli,

dodatkowym argumentem może być atrak-

cyjna Mila Jovovich), ale jak się okazuje

– nie tylko.

Poważni inżynierowie już od dawna

poszukiwali „aparatów” latających zdol-

nych do pionowego startu i lądowania i

oczywiście pokonywania odległości we

w pełni kontrolowanym locie poziomym.

Takie możliwości zapewniały śmigłowce.

Jednak wiele z ich wad (trudności w pilotażu,

ograniczenia manewrowe; chociaż trudno o

nich mówić, podziwiając w locie tak „ekstre-

malne maszyny”, jak: Super Huey, Tomahawk

czy Sikorsky Black Hawk), powodowało,

iż szukano innych rozwiązań. Rozwiązań

określanych terminem VTOL.

i wyłącznie w trybie VTOL – ze względu

na brak podwozia umożliwiającego ruch

poziomy. Skycar inżyniera Paula Mollera

ma być na tle istniejących konstrukcji czymś

zupełnie nowym.

Harrier II. Wspominane maszyny dosko-

nale sprawdzają się w lotnictwie morskim,

ratowniczym, a Harriery swój chrzest bojowy

przeszły podczas bitwy o Falklandy.

Narodziny koncepcji

W 1928 roku Nikola Tesla opatentował aparat

latający, który nazwał „Flivver”. Był to jeden

z pierwszych samolotów typu VTOL. Na

przełomie lat 50. i 60. XX wieku projektowano

liczne prototypy samolotów myśliwskich,

mających cechy samolotów VTOL. Była to

reakcja na groźbę zniszczenia wszystkich lot-

nisk podczas ewentualnego pierwszego ataku

(and. First Strike), przez bombowce uzbro-

jone w broń jądrową, która mogła pozostawić

kraj bez ochrony własnych myśliwców przed

kolejnymi nalotami. Rozwiązaniem miały

być samoloty myśliwskie typu VTOL, które

byłyby zdolne do startów i lądowań z każdego

miejsca, a zniszczenie lotnisk nie zmniejszało

by ich wartości bojowej.

W rzeczywistości koszty zbudowania

samolotu o własnościach VTOL okazały się

olbrzymie. Główną, żeby nie powiedzieć

– jedyną – korzyścią była łatwość przerzu-

cania samolotów, natomiast zapewnienie im

zaopatrzenia w paliwo i uzbrojenie już nie

było tak proste. W połowie lat 60. ubiegłego

stulecia zainteresowanie samolotami VTOL

spadło, prawdopodobnie ze względu na

wprowadzenie międzykontynentalnych

pocisków rakietowych wyposażonych w

głowice jądrowe. Obecnie w praktycznym

użyciu są tylko dwa rodzaje samolotów typu

VTOL (w rzeczywistości, V/STOL): Bell-

Boeing V-22 Osprey, a także BAe Harrier

oraz jego amerykańska wersja Boeing AV-8B

Latający samochód

Z dzieciństwa zapamiętałem ostatnią stronę

tygodnika „Motor”, na której zamieszczano

„Moto-notki”, „Moto-plotki”; szczególnie

w pamięci zapadły mi dwa zdjęcia: jedno

przedstawiające pokraczny czterokołowy

samochodzik, ciągnący na przycz-

epie skrzydła i ogon – zdawać by się mogło

– samolotu lub motoszybowca. Drugie

przedstawiało ten sam „samochodzik” już...

w locie, z doczepionymi, wcześniej przew-

iezionymi na przyczepce, elementami.

Pomysł inżyniera Mollera to rozwinięcie

tej koncepcji; pojazdu zdolnego do przem-

Vertical Take Off and Landing

...oznacza dokładnie „pionowy start i

lądowanie”, a używane jest w lotnictwie

w odniesieniu do samolotów zdolnych do

wykonywania takich manewrów. Wbrew

pozorom niewiele samolotów zasługuje na

takie określenie. Statki powietrzne, takie jak

wspomniane śmigłowce, autożyra, żyroplany

czy balony nie należą do tej kategorii. Poza

tym większość samolotów VTOL może także

startować i lądować w sposób konwencjona-

lny (CTOL) lub skrócony (STOL), dlatego

też w rzeczywistości należą one do klasy

V/STOL i oznaczenia te czasami stosuje się

w sposób zamienny. Inne z kolei działają tylko

28 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] czerwiec 2007

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: