ייצור מחומרים מרוכבים בישראל: מהתבנית ועד החלק המוגמר

ייצור מחומרים מרוכבים הוא תהליך שבו סיב חזק, בדרך כלל carbon fiber או fiberglass, נטמע במטריצת פולימר (לרוב אפוקסי) ומוקשה תחת לחץ וחום, כדי לקבל חלק קל משקל וחזק במיוחד. השילוב נותן יחס חוזק-למשקל שמתכת מתקשה להגיע אליו, ולכן חומרים מרוכבים מועדפים בתעופה, בביטחון וברחפנים. במדריך הזה נסביר מה הם חומרים מרוכבים, מתי בוחרים פחמן ומתי פיברגלס, איך נראה תהליך הייצור מהתבנית ועד החלק הצבוע, ואיפה זה נכנס לפרויקטים אמיתיים בישראל.

מה הם חומרים מרוכבים?

חומר מרוכב (קומפוזיט) בנוי משני מרכיבים שעובדים יחד: סיב שנושא את העומס, ומטריצה שמחזיקה את הסיבים במקום ומעבירה ביניהם את הכוחות. הסיב הוא לרוב סיב פחמן (carbon fiber) או סיב זכוכית (fiberglass), והמטריצה היא ברוב המקרים שרף אפוקסי. בנפרד כל מרכיב מוגבל; ביחד מתקבל חלק שמכוון את כיוון הסיבים אל כיוון העומס, וכך משיג קשיחות וחוזק גבוהים במשקל נמוך.

היתרון המרכזי הוא יחס החוזק והקשיחות למשקל. חלק קומפוזיט יכול להחליף חלק מתכת ולחסוך משקל ניכר בלי לוותר על חוזק. בגלל זה מהנדסים פונים לקומפוזיט כשהמשקל קריטי, למשל בכנף של רחפן, במעטפת מבנית או בזרוע נושאת.

סיבי פחמן או פיברגלס: מתי בוחרים מה?

שני החומרים מרוכבים, אבל הם לא מתחלפים. סיבי פחמן נותנים את הקשיחות והחוזק-למשקל הגבוהים ביותר, במחיר גבוה יותר, ולכן מתאימים לחלקים שבהם המשקל קריטי. פיברגלס זול יותר, מעט כבד יותר וגמיש יותר, ולכן מתאים לחלקים גדולים שפחות רגישים למשקל וגם לחלקים שצריכים שקיפות לגלי רדיו (RF). הרחבנו על ההבדל בכתבה נפרדת על סיבי פחמן מול פיברגלס, ואפשר תמיד להתייעץ דרך עמוד החומרים המרוכבים שלנו.

איך מייצרים חלק מחומרים מרוכבים, מההתחלה ועד הסוף?

ייצור חלק מחומרים מרוכבים הוא רצף ברור של חמישה שלבים: תבנית, הנחת שכבות, הקשייה, עיבוד שבבי וגימור. כל שלב משפיע ישירות על החוזק, על הדיוק ועל המראה הסופי של החלק, ודילוג על שלב אחד פוגע באיכות של כל מה שאחריו.

תכנון וייצור תבנית (mold/tooling)

הכול מתחיל בתבנית. צורת התבנית קובעת את צורת החלק ואת איכות הפנים שלו. אנחנו מתכננים ומייצרים את התבנית בבית, מה שמאפשר לנו לשלוט באיכות ובלוח הזמנים בלי ספק חיצוני. תבנית טובה היא תנאי לחלק חוזר ומדויק.

הנחת השכבות (layup) והקשייה (curing)

בשלב הזה מניחים את שכבות הסיב בתבנית, ידנית או בעזרת prepreg (בד ספוג שרף מראש), ומכוונים את כיוון הסיבים לפי העומסים הצפויים. אחרי ההנחה מקשים את השרף בלחץ, בוואקום ובחום, כך שהמטריצה מתמצקת והסיבים ננעלים במקומם. שילוב נכון של לחץ, טמפרטורה וזמן הקשייה הוא מה שמבדיל בין חלק חזק לחלק עם פגמים. תהליך הליווח עצמו מפורט במדריך על תהליך הליווח של חלקי קומפוזיט.

חיתוך ועיבוד שבבי של החלק המוקשה (CNC)

אחרי ההקשייה צריך לחתוך עודפים, לקדוח חורים ולעבד שפות מדויקות. את זה עושים בעיבוד שבבי. לעיבוד קומפוזיט מוקשה יש אתגרים משלו, והוא מתחבר ישירות ליכולות העיבוד השבבי שלנו, כך שהחלק עובר משלב הקומפוזיט לשלב המכני באותו מקום.

צביעה וגימור עד חלק מוגמר

חלק קומפוזיט גולמי הוא לא מוצר מוגמר. שלב הגימור כולל ליטוש, מילוי, פריימר וצביעה או clear coat שמשאיר את מרקם הסיב חשוף ("show carbon"). אצלנו הגימור נעשה בבית, כך שהלקוח מקבל חלק צבוע ומוכן לשימוש, לא יצקת גולמית שצריך לשלוח לספק נוסף. הרחבנו על אפשרויות הגימור בכתבה על גימור וצביעה של חלקי קומפוזיט.

איפה משתמשים בחומרים מרוכבים?

חומרים מרוכבים נמצאים בכל מקום שבו משקל וחוזק נפגשים. אנחנו מייצרים חלקי קומפוזיט עבור תעשיות הביטחון, התעופה, הרחפנים, הרפואה, האלקטרוניקה והתעשייה המתקדמת. בין הלקוחות והשותפים שלנו נמצאים גופים מובילים כמו Elbit Systems, Israel Aerospace Industries, Aeronautics, BlueBird Aero Systems וHevenDrones, לצד יזמים, ממציאים וסטארט-אפים שהופכים רעיון למוצר.

חלקי קומפוזיט לרחפנים ולכלי טיס בלתי מאוישים

עולם הרחפנים והUAV הוא אחד התחומים החזקים שלנו. כאן יחס החוזק-למשקל מתורגם ישירות ליותר מטען, יותר טווח ויותר זמן שהייה באוויר. מסגרות, זרועות, קורות נושאות (spars) ומעטפות מיוצרות מקומפוזיט כדי לחסוך כל גרם. הרחבנו על זה בכתבה על חלקי פחמן לרחפנים.

כמה עולה חלק קומפוזיט, ומה מניע את המחיר?

המחיר של חלק מרוכב מושפע מהתבנית, מכמות העבודה הידנית, מהחומר ומזמן ההקשייה. הכמות משנה הכול: עלות התבנית מתחלקת על פני יותר חלקים ככל שמייצרים יותר. פירטנו את מניעי העלות בכתבה על עלות ייצור חלקי קומפוזיט, כך שתוכלו לתכנן תקציב לפני שליחת בקשת הצעת מחיר.

למה משתלם מפעל קומפוזיט שמרכז את רוב שלבי הייצור?

כשתכנון, תבנית, ליווח, עיבוד וגימור נעשים באותו מקום, יש פחות ספקים, פחות נקודות תיאום ופחות חשיפה לסודיות (NDA). זה מקצר את זמן האספקה ומשפר את האיכות הסופית, כי אותו צוות אחראי על החלק מהרעיון ועד המסירה. זו בדיוק העבודה מול ספק אחד שאנחנו מציעים, וכתבנו עליה בהרחבה במדריך על בחירת שותף לייצור אבות טיפוס.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין חומר מרוכב לפלסטיק רגיל?

פלסטיק רגיל הוא חומר אחד. חומר מרוכב משלב סיב נושא עומס בתוך מטריצת פולימר, וכך משיג חוזק וקשיחות גבוהים בהרבה ביחס למשקל. לכן קומפוזיט מתאים לחלקים מבניים, ופלסטיק פשוט פחות.

האם אתם מייצרים גם את התבנית?

כן. אנחנו מתכננים ומייצרים את התבנית בבית כחלק מהתהליך, וזה אחד הדברים שמאפשרים לנו לשלוט באיכות ובלוח הזמנים מההתחלה ועד החלק המוגמר.

אילו טולרנסים אפשר להחזיק בחלק קומפוזיט?

חלק קומפוזיט מוקשה אפשר לעבד לממדים מדויקים בעיבוד שבבי לאחר ההקשייה, ולבדוק אותו במדידה. הטולרנס המדויק תלוי בגיאומטריה ובדרישה ההנדסית.

באילו תחומים אתם הכי מנוסים בקומפוזיט?

בעיקר תעופה, ביטחון ורחפנים, לצד רפואה ותעשייה מתקדמת. אנחנו עובדים עם גופים מובילים בתחומים האלה, וגם עם יזמים פרטיים.

רוצים לייצר חלק קומפוזיט?

אנחנו מלווים את החלק שלכם משלב הרעיון, דרך התבנית, הליווח והעיבוד, ועד חלק צבוע ומוכן לשימוש. שלחו לנו את הקובץ והדרישות, ונחזור אליכם עם דרך פעולה והצעת מחיר. בקשת הצעת מחיר ונתחיל.