Ruckus Composites는 미국 오레곤 주 포틀랜드에 있는 탄소 섬유 검사 전문 수리점입니다. 2008년 설립된 Ruckus Composites는 13,000대 이상의 자전거의 상태를 평가하고 6,000대 이상을 수리했습니다. 이 수리점은 전 세계 전문 레이싱 팀 및 자전거 상점과 협력하고 있습니다.
이 수리점의 사장인 Shawn Small은 위스콘신대학교 밀워키(University of Wisconsin-Milwaukee) 캠퍼스에서 기계공학을 전공했습니다. 그는 10년 넘게 탄소 연구에 매진했습니다.
약 4년 전, Shawn은 첨단 탄소 섬유 검사, 조사, 품질 관리를 위해 Olympus 45MG 초음파 두께 측정기를 구입했습니다. 저희는 그 과정을 알아보기 위해 그와 이야기를 나눴습니다.
초음파 두께 측정기를 사용한 최첨단 자전거 검사
자전거 기술에 대한 사랑으로 탄생한 Ruckus Composites는 하이브리드 자전거 과학, 엔지니어링, 예술적인 디자인 및 탄소 섬유 재료 연구소 역할을 하고 있습니다.
이곳의 프로세스는 초음파 스캔 및 손상 매핑을 위해 45MG 두께 측정기를 사용하는 것으로 시작됩니다. 비파괴 장비는 내부 층간분리를 검출하는 데 사용되며, 이 장비는 자전거 프레임을 물리적으로 절단하지 않고도 자전거 프레임에서 복합 재료 구성층의 내부 구조를 "확인"할 수 있습니다.
45MG 두께 측정기를 사용하여 탄소 섬유 프레임의 손상 영역 매핑
탄소 섬유 자전거는 복잡하고 품질도 다양합니다. Ruckus는 프레임 수리에 항공우주 등급의 탄소 섬유를 사용합니다. 이 수리점에서는 3D 프린터를 사용하여 자체 주형을 모델링하고 튜브 수리를 위해 자체 제작 직조 또는 단방향 탄소 섬유 소재(예: 드롭아웃, 바텀 브래킷 쉘, 시트 스테이)를 추가로 제조할 수 있습니다.
Ruckus는 자체 재료를 사용하여 자전거 강도를 원래보다 약 10% 강화되도록 전략적으로 보강할 수 있습니다. 탄소 수리 후 Olympus 45MG 두께 측정기를 다시 사용하여 프레임의 안전 및 품질 관리를 테스트합니다.
Ruckus는 비수기에는 자체 재료에 대한 내부 테스트를 위해 자체 프레임 튜브를 굴리고 나서 부수고 수리하는 작업을 자주 수행합니다.
또한 Ruckus 수리점을 거친 모든 자전거에 대한 목록도 작성합니다. 이 데이터를 사용하여 자체 통계 모델링도 수행할 수 있습니다.
Shawn은 FOX 12 Oregon과 진행된 검사 프로세스에 대한 인터뷰에서 "우리는 특정 자전거, 모델, 연도에 대한 보고서를 실행하고 나서 결함 부위를 살펴볼 수 있습니다."라고 설명했습니다.
Olympus 45MG 두께 측정기로 이어진 여정
탄소 섬유의 갈라진 틈은 흔히 페인트로 숨겨져 있기 때문에 탄소 복합재 자전거 프레임에서 손상 징후를 검출하기 어려울 수 있습니다. Olympus 45MG 두께 측정기를 초음파 스캔 프로세스에 통합하기 전에 Ruckus는 기존 방법과 기타 비파괴 검사(NDT) 기술을 사용하여 자전거 프레임 검사를 수행했습니다. 여기에는 다음 검사가 포함됩니다.
육안 검사: 자전거 프레임의 벗겨진 페인트 자국과 같은 작은 디테일은 균열을 나타낼 수 있으므로, 육안 검사는 재료 표면과 가장자리의 층간분리를 검출하는 데 유용합니다.
탭 검사: 사운딩이라고도 하는 이 방법은 망치나 단단한 물체로 재료를 가볍게 두들겨 나오는 소리를 토대로 층간분리를 찾는 것입니다. 적층 복합재에서 명확하게 울리는 소리는 재료가 잘 결합되어 있음을 나타냅니다. 반면에, 둔탁한 소리는 (충격을 감쇠시키는 결함으로 인해) 층간분리가 있음을 나타낼 수 있습니다.
하지만, 육안 검사와 소리에는 모두 사람의 실수가 수반될 수 있고 검사자의 시력이나 청력에 따라 달라지기도 합니다.
염료 침투 탐상 검사 유색 또는 형광 염료의 번짐으로 표면 파단 결함을 파악하는 데 사용되는 방법입니다. 형광 침투제는 자외선 불가시광선으로 어두운 조건에서 도포해야 합니다. 그런 다음 침투제를 제거해야 합니다. 마지막으로 현상액을 도포해야 합니다.
검사할 재료는 먼저 조심스럽게 세척해야 합니다. 그렇지 않으면 침투제가 결함에 제대로 침투하지 못합니다. 현상액을 도포하기 전에 표면 침투제를 완전히 제거하지 않으면 오해의 소지가 있는 징후가 나타납니다.
이 방법 중 어느 것도 탄소 섬유 자전거 검사 및 수리에 필요한 정확도를 제공하지 못하기 때문에 Ruckus Composites는 올림푸스를 새로운 솔루션으로 사용하기 시작했습니다.
45MG 두께 측정기를 사용하여 미묘한 초음파 문제 해결
Ruckus Composites는 Olympus 45MG 두께 측정기로 전환하기 전에 올림푸스 엔지니어링 팀과 여러 차례 논의를 거쳤습니다. 또한 평가를 위해 올림푸스에 고급 자전거 부품 샘플을 보냈습니다. 처음에는 사용 가능한 판독값을 얻기까지 조금 애를 먹었습니다.
"자전거에는 미묘한 특정 초음파 문제가 있습니다. 사용자가 알 수 없는 재료와 기하 형상에 상당한 변동이 있습니다. 따라서 자전거의 구조에 대해 잘 알고 있어야 합니다." 라고 Shawn이 말했습니다.
Ruckus는 현지 올림푸스 영업 대리점과 협력하여 45MG 장비를 장기 대여하기로 합의한 후 필요한 검사와 연구를 수행할 수 있었습니다.
Shawn은 "우리 연구와 평가 대부분은 내부에서 수행됩니다. 복합재 자전거에 대한 사용 가능한 정보가 없습니다. 다행히 우리는 자체 참조 블록(진폭, 거리, 다공성 등) 모두를 제조하여 발생하는 모든 참조 요구 사항에 부합할 수 있습니다."라고 설명했습니다.
성공적인 평가 기간 후 Ruckus Composite의 프로세스에 휴대용 Olympus 45MG 초음파 두께 게이지가 도입되어 프레임의 복합 재료 구성 층 내에서 내부 결함을 비파괴 방식으로 검출했습니다.
Ruckus Composites의 소유주이자 수석 엔지니어인 Shawn Small은 탄소 섬유 자전거 프레임에서 초음파 검사를 수행하는 동안 45MG 두께 측정기의 A-스캔 판독값을 보여 줍니다. 이 판독값은 수신된 초음파 에너지의 양을 시간의 함수로 표시합니다.
45MG 두께 측정기가 자전거 프레임의 내부 손상을 검출하는 방법
45MG 초음파 두께 측정기의 작동 원리를 소개하자면, 초음파 탐촉자에서 발생하는 사운드 펄스가 물질의 한쪽 측면을 통과하기까지 소요되는 시간을 정밀하게 측정하는 장비입니다.
복합 재료에서 소리 에너지는 복합 재료 내의 섬유 사이에 있는 개별 결정 경계에서 분산됩니다. 이 장비는 재료의 불규칙한 산란 패턴을 검출하고 이 신호를 다시 작업자에게 보낼 수 있습니다.
초음파 측정기는 작은 프로브(탐촉자)에서 생성되는 사운드 펄스가 시편을 통과하여 내부 표면이나 먼 벽에서 반사되기까지 소요되는 시간을 측정합니다.
기술 이면의 과학 원리에 대해 자세히 알아보려면 두께 측정기 튜토리얼 또는 초음파 검사 FAQ를 확인하십시오.
재료 역학: 탄소 섬유 자전거의 장점과 단점
탄소 섬유 자전거 프레임 또는 구성 요소에서 검출되지 않은 잠재적인 균열은 자전거 사용자에게 상당한 위험이 될 수 있습니다. 몸을 지탱하는 데 사용되는 구조물을 타고 있는 가운데 산산조각이 나면, 물리학에 따라 몸이 그에 따라 움직이고 부상을 입을 수도 있습니다.
그렇다면, 탄소 섬유 자전거를 타는 이유는 무엇일까요?
바로 탄소 섬유가 알루미늄, 강철, 심지어 티타늄보다 훨씬 가볍기 때문입니다. 밀도가 낮은 탄소 섬유 재료는 도로 진동을 전달하지 않고 흡수합니다. 따라서 더욱 편안한 승차감을 느낄 수 있습니다. 또한 복합 재료는 공기 저항력을 감소시킬 수도 있습니다. 이 저항력은 속도의 제곱이 기준이므로 이 저항력을 크게 줄이면 더 빠르게 달릴 수 있습니다.
Ruckus Composites는 탄소 섬유 프레임이 무한한 피로 수명과 수리 가능성을 보이기 때문에 자전거 사용자가 투자할 수 있는 최고의 재료라고 주장합니다. 비용이 많이 드는 투자일 수도 있지만, 오랫동안 사용할 수 있습니다.
예를 들어, Shawn은 1만 달러짜리 탄소 섬유 자전거는 20년 동안 사용할 수 있고, 다시 조립해도 안전하기 때문에 구조상 수차례 다시 조립할 수 있다고 설명했습니다. 반면에 금속 자전거 프레임은 사용된 재료로 인해 수리 비용이 너무 많이 나올 수 있습니다.
비용 분석: 자전거 검사를 위한 초음파 검사의 가치
수천 대의 자전거를 검사한 Ruckus Composites는 45MG 초음파 두께 측정기에서 계속 가치를 발견하고 있습니다.
"저희는 Olympus 45MG를 한계를 넘어 최대한 활용하고 있습니다. 이 장치는 가성비가 우수합니다."라고 Shawn은 말했습니다. "45MG는 매일의 비즈니스 서비스에서 주요 장치가 되었습니다."
Shawn Small은 45MG 두께 측정기를 사용하여 탄소 섬유 프레임을 검사합니다.
인간 눈에 보이지 않는 구조적 무결성을 보여주는 이 장치의 기능이 가장 큰 장점이고, 이 기능을 통해 양질의 서비스를 보장할 수 있습니다.
"자전거가 보여주는 가시적인 손상이 얼마나 작을 수 있는지 매우 놀랍습니다."라고 Shawn은 말했습니다. “저희는 45MG를 사용하여 복합 구조의 구조적 무결성을 평가합니다. 이를 통해 복합재 수리 프로세스를 정확하게 매핑할 수 있습니다. ”
이어서 Shawn은 계속 말했습니다. "따라서 서비스 업무 품질을 보장할 수 있습니다. 예를 들어, 비교를 위해 손상되지 않은 영역에서 자전거를 스캔하여 라미네이트 두께를 파악할 수 있습니다. 그런 다음 이 데이터를 사용하여 레이업 기술자가 손상 부위에 적용해야 할 재료의 양을 알려줍니다."라고 덧붙였습니다.
Ruckus Composites는 전체 프레임과 포크 검사에 250달러를 청구하며, 고객이 검사 후에 프레임을 수리하기로 결정하면 100달러를 돌려줍니다. 평균 수리 비용은 500달러이고, 여기에는 페인트 복원도 포함됩니다.
Shawn은 간단한 수리 프로세스에 대해 설명했습니다.
"45MG를 사용하여 손상 영역을 매핑하고 나서 테이퍼 복합 수리 도면을 설계합니다. 손상된 탄소 섬유를 모두 가공하고 레이업 일정에 따라 새로운 탄소 섬유를 모두 적용합니다. 구조물을 진공백으로 감싸고 오븐에서 경화시키고 나서 페인트와 그래픽을 모두 내부에서 복원합니다."라고 Shawn은 말했습니다.
또한 Shawn은 휴대성과 사용 편의성 덕분에 45MG 두께 측정기를 선호합니다.
"Olympus 45MG는 간편한 장비로, 매우 유용합니다. 필요하지 않을 때에는 대형 장비를 휴대하지 않아도 됩니다."라고 Shawn은 말했습니다.
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