DIY CNC: materiały na konstrukcje amatorskie



Sandwich - ilustracja z książki Dave'a Gerr'a "Elements of boat strenght"



Czytam wiele na forach internetowych o pomyslach na wykorzystanie materiałów. Generalnie zgadzam się z tezą, że pod względem przydatności w amatorskim cnc będzie to kolejność Lignofol > Sklejka > MDF

Dodałbym do tego laminat HPL znany pod nazwą płyta elewacyjna.
 Na trop laminatu HPL naprowadził mnie "znajomy" konstruujący wiele fajnych maszyn w swojej fabryce. Ale powoli zaraz opiszę swoją koncepcję. Wpadł mi do głowy pomysł wykorzystania czegoś nowego, czego w amatorskich CNC jeszcze nie widziałem. Sandwich - technologia doskonale znana żeglarzom, sandwich oparty o laminat HPL. A że projektowanie właśnie jachtów to mój chleb powszedni a CNC to hobby, zapragnąłem zaczerpnąć trochę z żeglarskiego świata. Cechy jakie powinien spełniać dobry materiał na CNC to sztywność, lekkość i dobre tłumienie drgań. Spotakłem się z opinią, że drgań to lepiej nie tworzyć niż je później tłumić, ale przy narzędziach wieloostrowych drgania podczas skrawania powstają z definicji. Wszelkie metalowe profile wg mnie raczej rezonują drgania niż je tłumią. Konstrukcje żeliwne w warunkach "zrób to sam" są praktycznie nieosiągalne, aczkolwiek żeliwo tłumi drgania świetnie. Dlatego nie lubię konstrukcji metalowych w DIY CNC. Wymienione wczesniej materiały są stosunkowo tanie, łatwo się obrabiają i są łatwo dostępne.

Lekkość - naprawdę uważam, za jeden z kluczowych parametrów przy konstrukcji suwnicy. Budując amatorskie CNC najczęściej korzystamy z najmniejszych silników krokowych, jak to możliwe. Jesli mamy uzyskać sensowne przyspieszenia i prędkości przy małych silnikach, brama, suwnica naszego CNC musi być lekka dlatego sięgnałem po materiał doskonale znany żeglarzom.

Ale do rzeczy:

Sandwich jako materiał doskonały na konstrukcję DIY CNC

Na wstępnie zamieściłem ilustrację z książki o wytrzymałości łodzi Dave'a Gerr'a która to wg mnie najlepiej ilustruje zagadnienie. Jak działa sandwich. Podstawową prawdą jest, że jesli konstukcja ma być sztywniejsza, musi być grubsza. Oczywiście jeśli powiększymy grubość 2 razy, masa wzrośnie również 2 razy, niedobrze - za cięko. Stosując sam laminat HPL również za drogo. O sztywności konstrukcji decydują włókna zewnętrzne. Środek może i powinien być lżejszy. W konstrukcji jachtów jako rdzeń, wypełnienie stosuje się wybitnie lekkie drewno balsa lub pianki (woodd core sandwich, foam core sandwich).

No tak, ale laminowanie jest kłopotliwe samo w sobie. Stąd pomysł wykorzystania gotowego laminatu HPL, a jako rdzenia wypełniającego uzyłbym dobrze wszystkim znanej płyty MDF, łatwej w obróbce, lekkiej i stosunkowo mocnej. MDF wzmocniony laminatem HPL wydaje się wybitnie obiecującym połączeniem.

Można tu omawiać problem bardzo matematycznie. Otóż o sztywności decyduje wskaźnik wytrzymałości na zginanie oraz wytrzymałość. Wskaźnik wytrzymałości na zginanie zależy od geometrii przy czym decydujące o wytrzymałości są włókna zewnętrzne. Co ciekawe, włókna zewnętrzne przy małych ugięciach, nie pracują same w sobie na zginanie, a na rozciąganie (włókno zewnętrzne) i na ściskanie (włókno wewnętrzne) Szczególnie wytrzymałość na rozciaganie dla laminatu HPL jest bardzo wysoka.

Oczywiście możemy próbować kleić inne zestawienia materiałów.

Sam laminat HPL w grubościach ok 10mm i grubszych wydaje się być doskonałym materiałem na elementy osi Z, na oprawki łozysk i inne obciążone elementy. Jest sporo tańszy od poliamidu i innych dość drogich tworzyw. Daje się jeszcze jakoś normalnie obrabiać.

Apetyt rośnie w miarę jedzenia. Dlatego w kwestii materiałów szybko poszedłem dalej. Postaram się tak szybko jak to mozliwe napisać wpis o wyjatkowo dobrze tłumiącej drgania konstrukcji, możliwej do samodzielnego wykonania.