เราตัดสินใจปีสุดท้ายของโรงเรียนมัธยมที่จะทำอะไร

สนุกสำหรับโครงการวิศวกรรมภาคเรียนแรกของเรา เราสองคนตัดสินใจออกแบบและสร้างแผ่นเกราะ Kevlar ที่ปรับสัดส่วนให้กับร่างกายของเรา ตลอดระยะเวลา 18 สัปดาห์ที่เราออกแบบสร้างและปรับปรุงแผ่นเกราะของเราโดยใช้กระบวนการหลายอย่างรวมถึงวัสดุประกอบการขึ้นรูปสุญญากาศและการกำหนดเส้นทาง CNC จากการออกแบบ CAD ในขนาดใหญ่

ในช่วงของคำแนะนำนี้เราจะแสดงให้คุณเห็นสองแนวทางที่แตกต่างกันเล็กน้อยในการผลิตแผ่นเกราะด้วยผลลัพธ์ที่แตกต่างกันไปตามชั้นจำนวนที่ใช้

คำเตือน: กระบวนการนี้ต้องใช้ผ้าทอเคฟลาร์จำนวนมากและเข้าถึงเครื่องมือและเครื่องจักรขนาดใหญ่และมีราคาแพง

สิ่งนี้จะไม่ทำให้คุณเป็นซูเปอร์แมน: กระบวนการนี้จะไม่ทำให้คุณเกราะกันกระสุน คำที่เหมาะสมคือการทนกระสุน มากกว่าหนึ่งการโจมตีโดยตรงไปยังจานจะเจาะทะลุและมีเกราะที่มากเกินไปที่จะทำให้ผลิตภัณฑ์โดยรวมทำงานได้จริง โปรดอย่ายิงอะไรเลย: ลูกศร, ปืน, Tasers และอื่น ๆ

วัสดุ:

ขั้นตอนที่ 1: การรวบรวมวัสดุ

สิ่งที่คุณต้องการ:

หลายสิบฟุตของ Kevlar Prepreg (เรซินอยู่ในเนื้อผ้าแล้ว)

เทปวัดหรือติดตั้ง

จ้องปืนและหมุด

กรรไกรคอมโพสิตคุณภาพสูง

Silver Sharpie หรือ High Contrast Marker อื่น ๆ

ดอกสว่านและดอกสว่าน

Mill ดอกกัดคาร์ไบด์ (รองรับเราเตอร์)

เครื่องจักรที่ใช้:

เครื่อง CNC เส้นทาง

คอมพิวเตอร์ที่รองรับ CAD Software

เลื่อยตัดเหล็กคาร์บอนไฟเบอร์

Power Sander

ไม่จำเป็น:

3.5 ตารางฟุตของ Prepreg คาร์บอนไฟเบอร์ (เรซินอยู่ในเนื้อผ้าแล้ว)

1 / 8-1 / 4 หมุดย้ำเครื่องจักรที่มีความยาวหลากหลาย

เครื่องดูดฝุ่นที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์

สีสเปรย์กันน้ำ

จบสีสเปรย์เคลือบหลุมร่องฟัน

เสื้อเชิ้ตแขนยาว Heavy Duty

ขั้นตอนที่ 2: การวัด

ใช้เครื่องมือวัดของคุณและทำการวัดตาม

แผนภาพด้านบน นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสร้างชุดเกราะที่สมบูรณ์ที่ไม่เพียง แต่เหมาะกับลำตัวของคุณตามสัดส่วน แต่ยังสร้างการออกแบบที่ถูกใจตา

สำหรับด้านหน้าวัดความยาวกระดูกคอความกว้างของ

ลำตัวที่อยู่ตรงกลางและด้านล่างของกล้ามเนื้อหน้าอก วัดความกว้างของการชุบหน้าท้องที่คุณต้องการตรงด้านล่างของกระดูกซี่โครงและที่ระดับสายพาน

ต่อไปวัดความสูงของลำตัวของคุณและความสูงของกล้ามเนื้อหน้าอก สุดท้ายวัดจากด้านล่างของซี่โครงถึงระดับสายพาน

สำหรับด้านหลังวัดความกว้างไหล่, ความกว้างจากกลางและด้านล่างของกระดูกสะบัก นอกจากนี้วัดความกว้างของด้านหลังบนสายพาน

ด้วยการวัดเหล่านี้คุณควรจะสามารถออกแบบการเขียนแบบ CAD สำหรับการชุบของคุณได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ขั้นตอนที่ 3: การสร้าง CAD ส่วนที่ 1

สร้างไฟล์ใหม่ในซอฟต์แวร์ของคุณในหน่วยของสิ่งใดก็ตามที่คุณใช้ระหว่างการวัด สำหรับโครงการของเราเราใช้ซอฟต์แวร์ CAD Rhino และนิ้ว ด้วยการใช้การวัดที่ได้รับ (จากนั้นหารครึ่งหนึ่งสำหรับด้านใดด้านหนึ่ง) คุณควรจะได้ภาพที่คล้ายกับสิ่งนี้

ขั้นตอนที่ 4: การสร้าง CAD ส่วนที่ 2

ชุดของเส้นนี้แสดงถึงความโค้งต่าง ๆ ของร่างกายที่แผ่นต้องปกป้อง เพื่อสร้างการชุบเกราะที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องจำรูปร่างพื้นฐานของร่างกายของคุณเช่นรูปร่างรูปไข่สำหรับแผ่นหน้าอกของคุณและสี่เหลี่ยมผืนผ้าโค้งสำหรับแผ่นหน้าท้องของคุณ เราคนหนึ่งเอารูปร่างที่เป็นเหลี่ยมไปยังแผ่นในขณะที่อีกแผ่นมีเกราะที่ไหลโค้งมากขึ้นและมุมที่น้อยลง นี่คือผลลัพธ์ที่แยกกันสองรายการ หลังจากที่คุณพอใจกับผลิตภัณฑ์ที่เสร็จแล้วให้ลบความกว้างออกแล้วคุณจะเหลือภาพร่างที่เหมือนข้างบน จากนั้นทำการสะท้อนการออกแบบข้ามเส้นกึ่งกลางซึ่งจะช่วยให้คุณมีแผ่นเหมือนกันที่สมบูรณ์สำหรับด้านซ้ายและด้านขวาของร่างกาย

ถัดไปเพิ่มบรรทัดสำหรับ stablization ในการออกแบบของคุณ ที่นี่พวกเขาแสดงเป็นสีแดง สิ่งนี้จะเชื่อมต่อเพลตเข้าด้วยกันและช่วยให้พวกมันไม่ถูกทำลายหรือลบออกในระหว่างขั้นตอนการจัดเส้นทางออกจากเคฟลาร์ นอกจากนี้คุณจะปล่อยให้ชิ้นส่วนภายในของคุณบางลงในโพสต์การจัดเส้นทางแบบนี้ในทางตรงกันข้ามกับแผ่นหนาของคุณซึ่งคุณจะตัดและแยกออกจากแต่ละ otehr โดยสิ้นเชิง

ขั้นตอนต่อไปคือการบันทึกไฟล์ของคุณเป็น STL แล้วโพสต์กระบวนการลงในซอฟต์แวร์ G-Code ที่เกี่ยวข้องกับ CNC Router ของคุณ: เราใช้ V-Carve หลังจากเปลี่ยนซอฟต์แวร์และเลือกเครื่องมือตัดที่เหมาะสมคุณก็พร้อมที่จะตัดส่วนของคุณออก

ขั้นตอนที่ 5: การตั้งค่า Layup Compostites

ขั้นตอนแรกของการจัดเรียงคอมโพสิตคือการตัดแผ่นเคฟล่าร์เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ใช้งานได้ คุณจะต้องการสี่เหลี่ยมที่มีขนาดใกล้เคียงกับขนาดที่คุณวัดจากหน้าลำตัวของคุณอย่างไรก็ตามต้องแน่ใจว่าได้เพิ่มพื้นที่สำหรับข้อผิดพลาดเมื่อตัด

สำหรับแผ่นหน้าอกเราตัดเคฟล่าร์ 20 ชั้นเป็นครั้งแรกอย่างไรก็ตามนี่พิสูจน์แล้วว่าหนากว่าที่เราคาดหวังมาก ในรุ่นที่สองของหีบชุบเราตัด 5 แผ่นทั้งด้านในและด้านนอก

หลังจากตัดแผ่นเป็นเวลาที่จะเริ่มกระบวนการ layup: รับแผ่นอลูมิเนียมที่จะพอดีกับชิ้นส่วนทั้งหมดที่คุณตัดออก แต่จะพอดีกับเตาอบของคุณ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวทั้งหมดของแผ่นสะอาดและจากนั้นทิ้งขอบ 1 นิ้วที่ชัดเจนของการแก้ปัญหาเคลือบแผ่นทั้งหมดในตัวแทนปล่อย (ฟรีเคลือบหรือขี้ผึ้ง) วิธีที่ดีในการตรวจสอบให้แน่ใจว่าเส้นขอบของคุณยังคงชัดเจนอยู่โดยใช้การทำเทปบนพื้นที่ที่คุณต้องการให้ไม่มีการเคลือบผิว ใช้ 3 เสื้อคลุมของน้ำยาที่ไม่มีพันธะเพื่อไม่ให้เกิดช่องว่าง

ขั้นตอนที่ 6: การเตรียมการเลย์เอาต์คอมโพสิต

ตอนนี้คุณพร้อมที่จะใส่แผ่นเคฟล่าร์ลงบนแผ่นอลูมิเนียมแล้ว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ถอดฟิล์มป้องกันออกจากเคฟลาร์ทุกชั้นมันจะอยู่ทั้งสองด้าน วิธีการที่มีประสิทธิภาพที่เราพบคือการใช้เครื่องตัดกล่องในมุมเล็กน้อย แต่ค่อนข้างขนานกับแผ่นทำให้แผลเล็กน้อยบนชั้นป้องกัน แต่ไม่ทำลายแผ่นเคฟล่า

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแผ่นเว้นระยะห่างในลักษณะที่ปลั๊กสำหรับดูดมีระยะห่างจากศูนย์กลางของแต่ละแผ่นเพียงพอ สำหรับแผ่นเล็ก ๆ จะต้องใช้ปลั๊ก 2 หรือ 3 แผ่น แต่จำเป็นต้องใช้แผ่นที่มีขนาดใหญ่กว่า 6.5 ตารางฟุตใช้ 5 หรือมากกว่า ยึดปลั๊กแต่ละอันไว้กับแผ่นด้วยเทปเทฟลอน แต่ระวังอย่าเข้าไปยุ่งกับตราประทับของปลั๊ก

ขั้นตอนที่ 7: การตรวจสอบขั้นสุดท้ายของคอมโพสิต Layup

หลังจากที่วางแผ่น Kevlar ทั้งหมดที่ด้านบนของแผ่นอีกแผ่นหนึ่งให้ตัดกระดาษทนความร้อนที่มีรูพรุนซึ่งพอดีกับแผ่นในขณะเดียวกันก็ทำการลบขอบที่คุณทำไว้ก่อนหน้าด้วยเทปกาว ตัดรูในพลาสติกที่มีปลั๊กเพื่อให้มั่นใจว่าซีลดี ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวที่เป็นวงกลมทั้งหมดของปลั๊กนั้นไม่มีสิ่งใดปกคลุมด้วยพลาสติก หลังจากที่คุณพอใจกับการครอบคลุมของฟิล์มพลาสติกแล้วก็ถึงเวลาที่จะต้องเพิ่มไส้ตะเกียงบนฟิล์ม ใช้แผ่นดูดซับหนาที่ทำจากผ้าฝ้ายทำงานได้ดีเช่นเดียวกับแผ่นไฟเบอร์กลาสที่เหมาะสมกับขนาดของแผ่น เนื่องจากเคฟล่าร์ที่เราใช้มีปริมาณอีพอกซีสูงมากแนะนำให้ใช้ฝ้าย ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตัดรูเดียวกันในแผ่นนี้เหมือนกับที่คุณทำในแผ่นพลาสติกที่มีรูพรุน ชั้นสุดท้ายของการหุ้มจะเป็นพลาสติกกันความร้อนสุญญากาศ นำเทปกาวออกจากขอบจานของคุณและวางสีเหลืองอ่อนเพื่อยึดแผ่นปิดกับแผ่น

หลังจากทำให้แน่ใจว่าทุกนิ้วของเส้นขอบถูกปกคลุมด้วยสีเหลืองอ่อนแล้วคุณก็พร้อมที่จะให้ความคุ้มครองกับมันแล้ว ตัดแผ่นฟิล์มกันความร้อนที่ครอบคลุมแผ่นทั้งหมดของคุณและวางลงบนจานของคุณตรวจสอบให้แน่ใจว่าซีลระหว่างแผ่นยางสีเหลืองและแผ่นปิดและแผ่นปิดระหว่างแผ่นสีเหลืองและแผ่นปิดผนึกแน่นสนิท การใช้เครื่องมือปรับแต่งผิวเรียบบางประเภทจะช่วยให้แผ่นปิดทับบนสีเหลืองอ่อนเพื่อให้แน่ใจว่าได้ซีลที่ดี ตัดรอยแตกเล็กน้อยบนฝาปิดเหนือจุดเข้าของปลั๊กสำหรับดูดเพื่อยึดปลายตัวผู้ของปลั๊กตัวดูดเข้ากับปลายตัวเมีย ยึดปลั๊กให้แน่น เมื่อเสร็จแล้วควรมีลักษณะเช่นนี้ ทดสอบ layup ของคุณเพื่อให้แน่ใจว่ามีอากาศแน่นโดยใช้สูญญากาศที่ติดอยู่กับปลั๊กดูดของคุณเอาอากาศทั้งหมดออกจากด้านในของ layup ของคุณ

ตรวจสอบภาพที่สองเป็นแนวทางในการจัดวาง

ขั้นตอนที่ 8: กดดันและทำอาหารจานของคุณ

เพิ่มเกจความดันให้กับหนึ่งในปลั๊กเพื่อดูว่าเลเยอร์ของคุณอยู่ในสุญญากาศได้ดีเพียงใด หลังจากปิดสูญญากาศหากเกจวัดความดันลดลงอย่างรวดเร็วจะมีการรั่วซึมใน layup ของคุณและจะต้องแก้ไขก่อนที่จะวาง layup ของคุณในเตาอบ หากเกจวัดความดันไม่เคลื่อนที่หรือหยดช้าคุณจะมีตราประทับที่ดีและคุณก็พร้อมที่จะนำ layup ของคุณเข้าเตาอบ

ตั้งเตาอบคอมโพสิตเป็นที่ตั้งไว้ล่วงหน้าสำหรับคอมโพสิตหรือปรับสำหรับวงจรการทำอาหาร 450 องศา คุณต้องทำการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการตั้งอุณหภูมิสำหรับแบรนด์เตาอบคอมโพสิตเฉพาะของคุณ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ปิดผนึกสูญญากาศของคุณแล้วนอกจากนี้ภายในเตาอบ ถอดเกจของคุณออกแล้วแทนที่ด้วยหลอดสูญญากาศทนความร้อนอีกอัน

แนบปลายแต่ละหลอดอย่างแน่นหนาเข้ากับรางจ่ายไฟแบบปิดด้านในของเตาอบ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตรวจสอบการเชื่อมต่อของแต่ละหลอดเข้ากับปลั๊กบนตัวจาน

ขั้นตอนที่ 9: ตัดแผ่นของคุณ

หลังจากจานของคุณได้รับการปรุงและอนุญาตให้มีเวลาเพียงพอ

เพื่อทำให้เย็นโดยปกติแล้วส่วนที่เหลือของวันที่คุณปรุงสุกให้นำออกจากเตาอบและตั้งไว้บนพื้นผิวที่มั่นคง สิ่วหรือแงะพันธะเล็กน้อยที่แผ่นของคุณทำด้วยอลูมิเนียม หากคุณใช้วิธีแก้ปัญหาที่ไม่ยึดติดมากพอก็ควรหลุดออกมาโดยใช้ความพยายามเพียงเล็กน้อย นำวัสดุแผ่นสี่เหลี่ยมสองแผ่นของคุณไปที่เราเตอร์ของคุณแล้วติดหนึ่งอันลงบนเตียง เรากำหนดเส้นทางแผ่นภายในที่บางลงก่อนเพราะมันจะเป็นแผ่นที่ง่ายกว่าในการทำซ้ำหากเกิดข้อผิดพลาด ลำดับที่คุณเลือกตัดทั้งสองแผ่นนั้นขึ้นอยู่กับคุณ โหลดไฟล์ของคุณลงในเราเตอร์และตั้งค่าศูนย์ XYZ ของคุณสำหรับโปรแกรมและโหลด urr คาร์ไบด์เสี้ยน สำหรับการตัดเราขอแนะนำการดูดฝุ่นอย่างต่อเนื่องและการตั้งค่าความเร็วแกนหมุนเป็นหนึ่งเพื่อหลีกเลี่ยงการสูบบุหรี่ในร้านของคุณและ / หรือการละลายวัสดุ หลังจากเสร็จสิ้นจานของคุณควรมีลักษณะเหมือนภาพด้านล่าง แต่ทำตามการออกแบบของคุณ

ถัดไปลบ chucks สนับสนุนระหว่างแผ่นของคุณอย่างระมัดระวังด้วยเลื่อย หากคุณมีแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ด้านบนแล้วมั่นใจได้ว่าใบเลื่อยของคุณมีใบมีดคาร์ไบด์และประกันว่าสูญญากาศของคุณเป็นพัดลมระบายความร้อนด้วยเพื่อประกันว่าคุณจะไม่ทอดเครื่องยนต์ด้วยเกล็ดคาร์บอน หลังจากแผ่นเปลือกโลกถูกแยกออกจากกันแล้วให้ทำการขัดขอบแผ่นของคุณด้วยเครื่องขัดทรายและจากนั้นปรับแต่งขอบด้วยกระดาษทราย

สำหรับแผ่นภายในบาง ๆ

ตัดแผ่นให้เล็กลงเพื่อเลียนแบบกรงซี่โครงโดยที่แผ่นทั้งหมดยังคงติดอยู่ตรงกลางแบบนี้

สิ่งนี้รับประกันระบบการจัดวางที่สอดคล้องกันสำหรับการติดตั้งเพลทของคุณ

คุณสามารถหยุดที่นี่และเสร็จจาน ส่วนที่เหลือของรายละเอียดที่สอนนี้การติดแผ่นบนเสื้อและการปรับแต่งลักษณะของแผ่น

ขั้นตอนที่ 10: เตรียมแผ่น

หลังจากคุณลบแผ่นของคุณออกจากแต่ละคนได้สำเร็จ

อื่น ๆ บนจานขนาดใหญ่และจัดการกับทินเนอร์ตามที่ระบุเตรียมเจาะและทาสีจานของคุณ เว้นช่องว่างของคุณอย่างสม่ำเสมอและดึงดูดความสนใจ ทั้งวัดระยะห่างที่แน่นอนในการวางหลุมบนแผ่นทั้งสองหรือยึดแผ่นเข้าด้วยกันอย่างปลอดภัยและเจาะพวกเขาพร้อมกัน สิ่งนี้รับประกันตำแหน่งที่สม่ำเสมอระหว่างแผ่นทั้งสอง ต้องแน่ใจว่าได้ปฏิบัติตามขั้นตอนความปลอดภัยที่เหมาะสมสำหรับการเจาะผ่านเคฟล่า

หลังจากหลุมทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์แล้วจากนั้นใช้สีสเปรย์ที่คุณต้องการบนจานของคุณ (เราใช้สีดำเพื่อจับคู่คาร์บอนไฟเบอร์ของเรา) และใช้เสื้อโค้ทหลายด้านในทุกด้านจนกว่าคุณจะพอใจ ถัดไปใช้เคลือบหลุมร่องฟันสภาพอากาศเพื่อรักษาสีและความสมบูรณ์ของแผ่น

ขั้นตอนที่ 11: การติดตั้งและโลดโผน

ก่อนที่จะทำการตัดเข้าไป

เสื้อที่คุณเลือกซ้อนทับแผ่นด้านในของคุณที่ด้านนอกเสื้อของคุณและใช้การทำเครื่องหมายเช่นปากกาเพื่อทำเครื่องหมายตำแหน่งรูทั้งหมดบนจานของคุณบนเสื้อของคุณด้วยระยะห่างที่ถูกต้อง หากคุณต้องการผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพแล้วส่วนนี้มีความสำคัญมาก ถัดไปเจาะรูเล็ก ๆ ในแต่ละจุดที่ทำเครื่องหมายด้วยวัตถุแหลมคมและวางแผ่นด้านในไว้ด้านในของเสื้อ วางหมุดลงในแต่ละหลุมโดยหงายหน้าขึ้นและซับแต่ละอันขึ้นกับรูที่เกี่ยวข้องในเสื้อ จัดเรียงแผ่นเปลือกนอกด้วย brads ที่ยื่นออกมาจากเสื้อและใช้ปืนหมุดย้ำจากด้านในเสื้อเพื่อยึดหมุดแผ่นด้านนอกกับแผ่นด้านใน หลังจากที่ทุกจานของคุณตรึงอยู่กับชุดเกราะของคุณเสร็จแล้ว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีขอบคมหรือชิ้นส่วนยื่นออกมา

ในระหว่างกระบวนการนี้เรายังผลิตแผ่นกลับเฉียงและปลายแขน เราตัดรูปร่างตรงจากเคฟล่าร์สานและสองขั้นตอนผ่านเราเตอร์ CNC หากมีแผ่นหลังเช่นอุทธรณ์เหล่านี้ให้คุณตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ทำตามขั้นตอนเดียวกัน แต่แทนที่จะตัดสี่เหลี่ยมในเคฟลาร์

ขั้นตอนที่ 12: สรุป

เราสร้างโครงการนี้เพื่อความสนุกสนานเพื่อจุดประสงค์ในการป้องกันน้ำหนักเบาขณะขี่จักรยานเสือภูเขา เราพบบ่อยครั้งเมื่อฉันขี่จักรยานบนเส้นทางเดินเดี่ยวที่กิ่งไม้เตี้ย ๆ มักจะกระแทกเราที่หัวไหล่และหน้าอกของเราดังนั้นเราจึงสร้างเกราะด้วยความตั้งใจที่จะหยุดยั้งความน่ารำคาญของบรูซี่ในขณะที่ขี่จักรยาน หนึ่งในพวกเราได้เพิ่มแถบเคฟลาร์ลงบนปลายแขนอีกด้วยเพื่อจุดประสงค์เดียวกัน

เราสนุกกับกระบวนการนี้อย่างมากและเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับกระบวนการต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องในการผลิตผลิตภัณฑ์คอมโพสิตและสามารถนำการเรียนรู้ของเราไปใช้กับผลิตภัณฑ์ที่ประสบความสำเร็จของเรา