Ruckus Composites kiểm tra hàng nghìn xe đạp với một máy đo độ dày siêu âm

Ruckus Composites là một cửa hàng sửa chữa xe đạp chuyên nghiệp và kiểm tra sợi carbon nằm ở Portland, Oregon, Hoa Kỳ. Được thành lập vào năm 2008, Ruckus đã đánh giá hơn 13.000 chiếc xe đạp và sửa chữa hơn 6.000 chiếc. Cửa hàng hợp tác với các đội đua chuyên nghiệp và các cửa hàng xe đạp trên toàn thế giới.

Chủ cửa hàng, Shawn Small, có bằng kỹ sư cơ khí của Đại học Wisconsin-Milwaukee. Ông đã nghiên cứu và làm việc với vật liệu carbon trong hơn một thập kỷ.

Khoảng bốn năm trước, Shawn đã đầu tư vào một máy đo độ dày siêu âm Olympus 45MG để kiểm tra, điều tra và kiểm soát chất lượng sợi carbon công nghệ cao. Chúng tôi đã nói chuyện với anh ấy để tìm hiểu về quá trình của anh ấy.

Kiểm tra xe đạp công nghệ cao bằng máy đo độ dày siêu âm

Được thúc đẩy bởi tình yêu công nghệ xe đạp, Ruckus Composites đóng vai trò như một phòng thí nghiệm khoa học, kỹ thuật, thiết kế nghệ thuật và nghiên cứu vật liệu sợi carbon cho xe đạp.

Quá trình của họ bắt đầu bằng việc sử dụng máy đo độ dày 45MG để quét kiểm tra siêu âm và lập bản đồ hư hại. Thiết bị kiểm tra không phá hủy được sử dụng để phát hiện tách lớp bên trong; nó có thể “nhìn thấy” cấu trúc bên trong của các lớp vật liệu tổng hợp tạo nên khung xe đạp mà không cần phải phá hủy vật liệu khung.

Xe đạp sợi carbon rất phức tạp và có chất lượng khác nhau. Ruckus sử dụng sợi carbon thường sử dụng trong hàng không để sửa chữa khung. Cửa hàng sử dụng máy in 3D, cho phép họ tạo mô hình khuôn mẫu của riêng mình và sản xuất bổ sung vật liệu sợi carbon dệt hoặc đơn hướng để sửa chữa các vị trí hư hỏng.

Sử dụng vật liệu đặc biệt, Ruckus có thể gia cố để chiếc xe đạp mạnh hơn khoảng 10% so với nguyên bản. Sau khi sửa chữa với vật liệu carbon, máy đo độ dày 45MG của Olympus được sử dụng lại để kiểm tra khung nhằm mục đích kiểm tra chất lượng và độ an toàn.

Trong suốt mùa giải, Ruckus thường thực hiện thử nghiệm nội bộ trên vật liệu của họ bằng cách cuộn các ống khung và sau đó liên tục phá hủy và sửa chữa chúng và thu thập các thông tin liên quan.

Ruckus cũng thống kê mọi chiếc xe đạp đi qua sửa chữa tại cửa hàng của họ. Với dữ liệu này, họ có thể thực hiện mô hình thống kê của riêng mình.

Shawn giải thích trong một cuộc phỏng vấn về quy trình kiểm tra của họ với FOX 12 Oregon: “Chúng tôi có thể xuất báo cáo về một chiếc xe đạp với nhãn hiệu và năm sản xuất cụ thể, sau đó xem xét những điểm nào thường bị hỏng.

Hành trình dẫn đến máy đo độ dày 45MG

Có thể khó phát hiện các dấu hiệu hư hỏng trong khung xe đạp bằng composite carbon vì các vết nứt trên sợi carbon thường ẩn bên dưới lớp sơn. Trước khi tích hợp máy đo độ dày 45MG của Olympus vào quy trình kiểm tra siêu âm của họ, Ruckus đã thực hiện kiểm tra khung xe đạp bằng các phương pháp truyền thống và các công nghệ kiểm tra không phá hủy (NDT) khác bao gồm:

• Kiểm tra trực quan: Một chi tiết nhỏ như bong sơn trên khung xe đạp có thể là dấu hiệu chỉ ra vết nứt ở dưới, vì vậy việc kiểm tra bằng mắt rất hữu ích để phát hiện các vết nứt trên bề mặt của vật liệu.
• Kiểm tra bằng tiếng gõ: Phương pháp này dùng búa hoặc vật cứng đập nhẹ lên vật liệu để tìm ra sự tách lớp dựa trên âm thanh thu được. Một âm thanh vang rõ ràng trong vật liệu tổng hợp nhiều lớp cho thấy một vật liệu được kết dính tốt. Ngược lại, âm thanh trầm hơn có thể cho thấy sự hiện diện của tách lớp vật liệu (vì khuyết tật hấp thụ lực tác động).
• Kiểm tra thẩm thấu lỏng hay thuốc nhuộm: Đây là một phương pháp được sử dụng để làm lộ các vết rạn nứt trên bề mặt khi thuốc nhuộm màu hoặc huỳnh quang chảy ra. Chất thẩm thấu huỳnh quang cần được thi công trong điều kiện tối với đèn tia cực tím ánh sáng đen.

Không có phương pháp nào trong số này mang lại độ chính xác cần thiết cho việc kiểm tra chính xác các vị trí vừa sửa chữa, vì vậy Ruckus Composites đã yêu cầu Olympus tìm một giải pháp mới.

Giải quyết thử thách với 45MG

Trước khi chuyển sang máy đo độ dày 45MG của Olympus, Ruckus Composites đã tham gia một số cuộc thảo luận với nhóm kỹ sư Olympus. Họ cũng gửi các mẫu phụ tùng xe đạp cao cấp tới Olympus để đánh giá. Ban đầu, ứng dụng khá khó để cài đặt đúng để có thể sử dụng được.

“Xe đạp là một thử thách với kiểm tra siêu âm. Có những thay đổi đáng kể về vật liệu và hình học mà người dùng chưa biết. Do đó, bạn cũng cần có kiến ​​thức sâu sắc về cấu tạo của xe đạp” Shawn nói.

Ruckus đã làm việc với đại diện bán hàng Olympus tại địa phương của họ để thu xếp cho thuê thiết bị 45MG để họ có thể thực hiện các thử nghiệm và nghiên cứu cần thiết.

Shawn giải thích: “Hầu hết việc nghiên cứu và đánh giá của chúng tôi được thực hiện trong nội bộ. Không có nhiều thông tin có sẵn về xe đạp composite. May mắn thay, chúng tôi có thể chế tạo tất cả các khối mẫu chuẩn của riêng mình (độ dày, khoảng cách, độ xốp, v.v.) để tạo ra tất cả các tham chiếu có thể gặp phải ”.

Sau một thời gian đánh giá thành công, máy đo độ dày siêu âm 45MG cầm tay đã được áp dụng vào quy trình của Ruckus Composites để phát hiện hư hỏng bên trong cấu trúc của các lớp vật liệu composite khung xe.

Cách máy đo độ dày 45MG phát hiện hư hại bên trong trong khung xe đạp

Đối với những người không quen, máy đo độ dày siêu âm 45MG hoạt động bằng cách đo chính xác thời gian để một xung âm thanh do đầu dò siêu âm tạo ra đi qua một mặt của vật liệu và quay trở về.

Trong vật liệu composite, năng lượng âm phân tán từ các ranh giới hạt riêng lẻ giữa các sợi bên trong composite. Thiết bị có thể phát hiện các dạng phân tán không đều trong vật liệu và báo hiệu lại cho người vận hành.

Cách kiểm tra siêu âm hoạt động

Thiết bị siêu âm hoạt động bằng cách đo khoảng thời gian để một xung âm thanh được tạo ra bởi một đầu dò nhỏ truyền qua mẫu thử và phản xạ trở lại từ bề mặt bên trong hoặc thành tường vật liệu phía xa.

Để tìm hiểu thêm về khoa học đằng sau công nghệ này, hãy xem nguyên lý đo độ dày hoặc cơ sở kỹ thuật kiểm tra siêu âm của chúng tôi .

Cơ học vật liệu: Lợi ích và mặt hạn chế của xe đạp sợi carbon

Một vết nứt tiềm ẩn chưa được phát hiện trong khung hoặc bộ phận của xe đạp bằng sợi carbon có thể gây ra tai nạn thảm khốc cho người đi xe đạp. Nếu cấu trúc bạn đang tựa lên vỡ thành nhiều mảnh có thể dẫn đến các chấn thương tiềm ẩn.

Tuy vậy, tại sao xe đạp bằng sợi carbon lại được sử dụng?

Câu trả lời là sợi carbon nhẹ hơn đáng kể so với nhôm, thép hoặc thậm chí là titan. Mật độ thấp hơn của vật liệu sợi carbon sẽ hấp thụ rung động trên đường thay vì lan truyền nó. Điều này dẫn đến một chuyến đi thoải mái hơn. Vật liệu composite cũng có thể được tạo hình để giảm lực cản khí động học. Lực cản này dựa trên bình phương của vận tốc, do đó, việc giảm lực này có ý nghĩa quan trọng đối với một người đi xe đạp cần tốc độ.

Ruckus Composites khẳng định rằng khung bằng sợi carbon là một trong những khoản đầu tư tốt nhất cho một chiếc xe đạp mà người đi xe đạp có thể thực hiện vì tuổi thọ và khả năng sửa chữa dường như vô hạn của nó. Mặc dù chúng có thể là một khoản đầu tư tốn kém – bạn có thể thu lại trong nhiều năm.

Ví dụ, Shawn giải thích rằng một chiếc xe đạp sợi carbon trị giá $10.000 có thể tồn tại trong 20 năm và bạn có thể phục chế lại nó nhiều lần mà vẫn an toàn. Mặt khác, khung xe đạp bằng kim loại có thể tốn kém hơn để sửa chữa do vật liệu liên quan.

Phân tích chi phí: Giá trị của thử nghiệm siêu âm kiểm tra xe đạp

Với hàng nghìn chiếc xe đạp được kiểm tra, Ruckus Composites tiếp tục tìm thấy giá trị trong thiết bị đo độ dày siêu âm 45MG.

“Chúng tôi thúc đẩy việc sử dụng 45MG của mình đến giới hạn; Shawn nói. “45MG đã trở thành một yếu tố chính trong các dịch vụ kinh doanh hàng ngày của chúng tôi.”

Khả năng đánh giá tính toàn vẹn của cấu trúc mà mắt người không nhìn thấy được là lợi ích hàng đầu giúp đảm bảo chất lượng dịch vụ.

Shawn nói: “Thật sốc khi chiếc xe đạp có thể bị hư hại rất ít khi nhìn bên ngoài nhưng lại tiềm ẩn các khuyết tật bên trong. “Chúng tôi sử dụng 45MG để đánh giá tính toàn vẹn cấu trúc của vật liệu. Nó cũng cho phép chúng tôi vạch ra chính xác quy trình sửa chữa composite của mình”.

Shawn tiếp tục, “Điều này giúp chúng tôi đảm bảo chất lượng dịch vụ của mình. Ví dụ, chúng tôi có thể kiểm tra chiếc xe đạp ở khu vực không bị hư hại để so sánh nhằm xác định độ dày của lớp phủ. Sau đó, chúng tôi sử dụng dữ liệu này để thông báo lượng vật liệu mà kỹ thuật viên cần áp dụng cho khu vực hư hỏng.”

Ruckus Composites tính phí 250 đô la cho việc kiểm tra toàn bộ khung và phuộc, hoàn lại 100 đô la nếu khách hàng quyết định sửa chữa sau khi kiểm tra khung của họ. Chi phí sửa chữa trung bình là $500, bao gồm cả sơn sửa.

Shawn giải thích quy trình sửa chữa đơn giản của công ty.

“Chúng tôi vạch ra các khu vực hư hỏng với 45MG và sau đó chúng tôi thiết kế một kế hoạch sửa chữa composite. Chúng tôi gia công tất cả các sợi carbon bị hư hỏng và áp dụng tất cả các sợi carbon mới dựa trên hình dáng cần lắp ráp khớp với nhau. Shawn cho biết: Chúng tôi đóng túi hút chân không và nung vật liệu, sau đó khôi phục lại toàn bộ sơn và đồ họa ngay tại công ty.

Shawn cũng thích thiết bị đo độ dày 45MG vì tính di động và dễ sử dụng của nó.

“Olympus 45MG là một chiếc máy đơn giản, và đó là giá trị mà chúng tôi cần. Shawn nói.

Thiết bị sử dụng trong bài viết