A Ruckus Composites é uma oficina de inspeção e reparo especializada em fibra de carbono localizada em Portland, Oregon, EUA. Fundada em 2008, a Ruckus examinou mais de 13.000 bicicletas e reparou mais de 6.000. A loja trabalha com equipes de corrida profissionais e lojas de bicicletas em todo o mundo.
O proprietário da loja, Shawn Small, é formado em engenharia mecânica pela Universidade de Wisconsin-Milwaukee. Ele estuda e trabalha com carbono há mais de uma década.
Há cerca de quatro anos, Shawn investiu em um medidor de espessura ultrassônico Olympus 45MG para inspeção de alta tecnologia em fibra de carbono, investigação e controle de qualidade. Conversamos com ele para conhecer seu processo.
Inspecionando bicicletas de alta tecnologia com um medidor de espessura ultrassônico
Impulsionado pelo amor à tecnologia das bicicletas, a Ruckus Composites serve como um laboratório de pesquisa de ciência, engenharia, design de arte e material de fibra de carbono para bicicletas híbridas.
Seu processo começa com o uso do medidor de espessura de 45MG para fazer a varredura por ultrassom e o mapeamento de danos. O instrumento de ensaio não destrutivo é usado para detectar delaminação interna; ele pode “ver” a estrutura interna das camadas de material de compósitos construídas de um quadro de bicicleta — sem a necessidade de cortar fisicamente o quadro.
Mapeamento de áreas de danos em uma estrutura de fibra de carbono com o medidor de espessura de 45MG.
As bicicletas de fibra de carbono são complexas e têm qualidade variável. A Ruckus usa fibra de carbono de classe aeroespacial para reparos de estruturas. A oficina usa uma impressora 3D, permitindo modelar seus próprios moldes e manufaturar seu próprio material de fibra de carbono entrelaçado ou unidirecional para reparos de tubos (por exemplo, descargas, conchas do suporte inferior e esteiras do assento).
Usando seus próprios materiais, a Ruckus pode reforçar estrategicamente uma bicicleta para ser cerca de 10% mais forte que a original. Após o reparo do carbono, o medidor de espessura Olympus 45MG é usado novamente para testar o quadro para fins de segurança e controle de qualidade.
Durante a baixa temporada, a Ruckus geralmente realiza testes internos em seus materiais rolando seus próprios tubos de estrutura e depois quebrando-os e reparando-os repetidamente.
A Ruckus também cataloga todas as bicicletas que passam por suas portas. Com esses dados, eles podem até executar sua própria modelagem estatística.
“Poderíamos executar um relatório sobre uma bicicleta, modelo e ano específicos, e depois ver o que deve quebrar”, explicou Shawn em uma entrevista sobre seu processo de inspeção com a FOX 12 Oregon.
A jornada que levou ao medidor de espessura 45MG, da Olympus
Pode ser difícil detectar sinais de danos em uma estrutura de bicicleta composta de carbono, porque as fissuras na fibra de carbono geralmente se escondem sob a tinta. Antes de integrar o medidor de espessura 45MG da Olympus em seu processo de digitalização por ultrassom, a Ruckus realizou inspeções na estrutura da bicicleta usando métodos tradicionais e outras tecnologias de teste não destrutivo (END). Entre elas:
Inspeção visual: Um pequeno detalhe, como uma lasca de pintura na estrutura da bicicleta, pode indicar uma rachadura; portanto, as inspeções visuais são úteis para detectar delaminações na superfície e nas bordas dos materiais.
Teste de toque: Também conhecido como ressonância, esse método envolve bater suavemente em um material com um martelo ou um objeto duro para encontrar uma delaminação com base no som resultante. Um som de toque claro em compósitos laminados indica um material bem ligado. Por outro lado, um som mais abafado pode indicar a presença de delaminação (devido ao defeito que amortece o impacto).
No entanto, a inspeção visual e o som estão sujeitos a erros humanos e dependem da qualidade da visão ou da audição do inspetor.
Inspeção de penetrante de corante: Este é um método usado para revelar falhas de quebra de superfície com o sangramento de um corante colorido ou fluorescente. O penetrante fluorescente precisa ser aplicado em condições escuras com uma luz negra ultravioleta. Em seguida, o penetrante deve ser removido. Finalmente, um desenvolvedor deve ser aplicado.
O material a ser inspecionado deve primeiro ser cuidadosamente limpo, caso contrário, o penetrante não penetrará adequadamente no defeito. Se o penetrante da superfície não for totalmente removido antes da aplicação do revelador, resultarão indicações enganosas.
Nenhum desses métodos forneceu a precisão necessária para a inspeção e reparo de bicicletas de fibra de carbono; portanto, a Ruckus Composites procurou a Olympus em busca de uma nova solução.
Resolução de um desafio ultrassônico com nuances com o medidor de espessura 45MG
Antes de mudar para o medidor de espessura Olympus 45MG, a Ruckus Composites participou de várias conversas com a equipe de engenharia da Olympus. Eles também enviaram amostras de excelente qualidade para a Olympus para avaliação. Inicialmente, foi um pouco difícil obter leituras úteis.
“As bicicletas são um desafio específico e diferenciado do ultrassom. Existem variações significativas em materiais e geometria desconhecidas para o usuário. Portanto, você também precisa de um conhecimento profundo da estrutura das bicicletas”, disse Shawn.
A Ruckus trabalhou com seu representante local de vendas da Olympus para providenciar um aluguel prolongado de um instrumento de 45MG para que eles pudessem realizar os testes e pesquisas necessários.
Shawn explicou: “A maioria dos nossos estudos e avaliações é realizada internamente. Não há informações disponíveis sobre bicicletas de compósitos. Felizmente, pudémos fabricar todos os nossos próprios blocos de referência (amplitude, distância, porosidade, etc.) para criar todas as necessidades de referência que encontramos.”
Após um período de avaliação bem-sucedida, o medidor de espessura por ultrassom portátil Olympus 45MG foi adotado no processo da Ruckus Composites para detectar não destrutivamente danos internos na estrutura das camadas de material de compósito construídas de um quadro.
Shawn Small, proprietário e engenheiro-chefe da Ruckus Composites, exibe uma leitura de A-scan no medidor de espessura de 45MG enquanto realiza uma inspeção por ultrassom em um quadro de bicicleta de fibra de carbono. Esta leitura exibe a quantidade de energia ultrassônica recebida em função do tempo.
Como o medidor de espessura 45MG detecta danos internos nos quadros das bicicletas
Para aqueles que não estão familiarizados, o medidor de espessura ultrassônico 45MG mede com precisão quanto tempo leva para que um pulso de som gerado por um transdutor ultrassônico percorra um lado do material.
Nos materiais compósitos, a energia sonora se dispersa nas bordas individuais dos grãos entre as fibras dentro do compósito. O instrumento pode detectar padrões de dispersão irregulares no material e sinalizar isso de volta ao operador.
Os medidores de ultrassom medem quanto tempo leva para que um pulso de som gerado por uma pequena sonda (transdutor) percorra por uma peça de teste e reflita de volta da superfície interna ou da parede oposta.
Para aprender mais sobre a ciência por trás da tecnologia, consulte o tutorial sobre medidor de espessura ou Perguntas frequentes sobre testes ultrassônicos .
Mecânica dos materiais: os benefícios e as desvantagens das bicicletas de fibra de carbono
Uma rachadura potencial não detectada em um quadro ou componente de bicicleta de fibra de carbono pode apresentar uma grande responsabilidade catastrófica para um ciclista. Se a estrutura em que você está confiando para apoiar seu corpo se despedaça, a física sustenta que seu corpo seguirá, levando a possíveis lesões.
Então, por que andar de bicicleta de fibra de carbono?
A resposta é que a fibra de carbono é significativamente mais leve que o alumínio, aço ou mesmo titânio. A densidade mais baixa do material de fibra de carbono absorve a vibração da estrada em vez de transmiti-la. Isso resulta em um passeio mais confortável. O material composto também pode ser modelado para reduzir a força aerodinâmica de arrasto. Essa força de arrasto é baseada no quadrado da velocidade, portanto, reduzi-la é significativamente importante quanto mais alta é a velocidade que o ciclista está.
A Ruckus Composites defende que um quadro de fibra de carbono é um dos melhores investimentos em uma bicicleta que um ciclista pode fazer pois sua vida útil e quantidade de reparos é aparentemente infinita. Embora elas possam ser um investimento elevado, você pode usufruir dela por vários anos.
Por exemplo, Shawn explicou que uma bicicleta de fibra de carbono de US$10 mil pode durar 20 anos e que você pode restaurá-la quantas vezes for seguro. As armações metálicas para bicicletas, por outro lado, podem ser caras demais para reparar devido ao material envolvido.
Análise de custos: o valor dos testes ultrassônicos para inspeção de bicicletas
Com milhares de bicicletas inspecionadas, a Ruckus Composites continua encontrando valor no medidor de espessura ultrassônico de 45MG.
“Usamos nosso 45MG Olympus ao máximo; o dispositivo se pagou”, disse Shawn. “O 45MG se tornou um item básico em nossos serviços comerciais diários.”
Shawn Small inspeciona uma estrutura de fibra de carbono usando o medidor de espessura de 45MG.
Sua capacidade de mostrar a integridade estrutural invisível a olho humano é um grande benefício e ajuda a garantir um serviço de qualidade.
“É chocante perceber quão poucos danos são visíveis em uma bicicleta”, disse Shawn. “Usamos o 45MG para avaliar a integridade estrutural da estrutura composta. Ele também permite que mapeemos com precisão nosso processo de reparo de compósitos.”
Shawn continuou: “Isso nos ajuda a garantir a qualidade do nosso serviço. Por exemplo, podemos escanear a bicicleta em uma área não danificada para comparar e determinar a espessura do laminado. Em seguida, usamos esses dados para informar quanto material nosso técnico de lay-up precisa aplicar na área danificada.”
A Ruckus Composites cobra US$250 por uma inspeção completa da estrutura e da forquilha, cobando mais US$100 se o cliente decidir reparar a estrutura após a inspeção. O custo médio de um reparo é de US$500, incluindo a restauração da tinta.
Shawn explicou seu processo de reparo direto.
“Mapeamos as áreas de danos com o 45MG e, em seguida, projetamos um plano de reparo de compósito cônico. Usinamos toda a fibra de carbono danificada e aplicamos toda a nova fibra de carbono com base em nossa programação de lay-up. Aspiramos a bolsa e a colocamos em um forno de cura a estrutura e depois restauramos toda a pintura e os gráficos internamente ”, disse Shawn.
Shawn também gosta do medidor de espessura de 45MG por sua portabilidade e facilidade de uso.
“A 45MG, da Olympus, é uma máquina simples, e esse é o valor. Você não está carregando nada extra ou maior quando não precisa”, disse Shawn.
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Perguntas frequentes sobre teste de ultrassom
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