Formstabilitet i dörrblad Konstruktion och materialval

Transkript

1 Formstabilitet i dörrblad Konstruktion och materialval HUVUDOMRÅDE: Formstabilitet FÖRFATTARE: Linus Frode, Elina Hakkarainen HANDLEDARE: Nils-Eric Andersson JÖNKÖPING Postadress: Besöksadress: Telefon: Box 1026 Gjuterigatan (vx) Jönköping

2 Detta examensarbete är utfört vid Tekniska Högskolan i Jönköping inom Maskinteknik med inriktning produktutveckling och design. Författarna svarar själva för framförda åsikter, slutsatser och resultat. Examinator: Lars Eriksson Handledare: Nils-Eric Andersson Omfattning: 15 hp Datum: Postadress: Besöksadress: Telefon: Box 1026 Gjuterigatan (vx) Jönköping

3 Abstract Abstract A recurring problem in the door industry is the emerge of permanent deformations within the door leaf caused by inner tensions that affect the usage of the front door. The assembly of a door consists of several components of different materials, and since the door should be able to manage the Scandinavian temperature changes, motions are unavoidable. In this thesis, factors regarding the dimensional stability of the door leaf will be examined, by considering construction and materials selection. The work includes a review of what parameters affect changes and movement in the components. The project has been implemented by a theoretical collection regarding material and thermal factors who contributed to the brainstorming phase. Concepts were produced in SolidWorks and simulated in a thermodynamic environment in order to evaluate the result, and to obtain a final concept, where reinforcement was implemented by means of material with a high elastic modulus. i

4 Sammanfattning Sammanfattning Ett återkommande problem inom dörrindustrin är att permanenta deformationer uppstår i dörrbladet, på grund av inre spänningar, som påverkar användning utav ytterdörren. Sammansättningen av en dörr består av flera komponenter i olika material, och eftersom ytterdörren skall klara av de skandinaviska temperaturförändringarna är rörelser oundvikliga. I rapporten undersöks de faktorer som bidrar till formstabilitet i dörrblad i form utav konstruktion samt materialval. Arbetet omfattar även genomgång av vilka yttre parametrar som påverkar förändringar och rörelser i komponenterna. Projektet har genomförts m.h.a en teoretisk insamling angående material samt termiska faktorer som bidragit till koncept som tagits fram i idégenerering. Koncept togs fram i SolidWorks och simulerades i en termodynamisk miljö för att sedan utvärdera resultaten för att få fram ett segrande koncept där förstärkning genomförts med ett material med hög elasticitetsmodul. ii

5 Innehållsförteckning Innehållsförteckning Innehåll 1 Introduktion BAKGRUND PROBLEMBESKRIVNING SYFTE OCH FRÅGESTÄLLNINGAR AVGRÄNSNINGAR RAPPORTENS DISPOSITION Teoretiskt ramverk VAD ÄR PRODUKTUTVECKLING? SANDWICH-KONSTRUKTION DEFORMATION Elastisk deformation Plastisk deformation VARFÖR SLÅR SIG TRÄ? TERMODYNAMISKA KRAFTER TEORI 1: YTTERSKIVA HDF Kompaktlaminat... 6 Figur 3: Uppbyggnad av materialet Kompositlaminat Fibergips TEORI 2: ALUMINIUMPLÅT TEORI 3: ISOLERING EPS XPS TEORI 4: RAMTRÄ Vändlimmning Värmebehandlat trä Metod iii

6 Innehållsförteckning 3.1 FÖRSTUDIE GANTT-schema BOOTLEG BOOTCAMP Empathize Define Ideate Prototype & test Genomförande PROJEKT UPPSTART GANTT EMPATHIZE Förstudie DEFINE IDEATE Idégenerering PROTOTYPE & TEST Simuleringar VALIDITET OCH RELIABILITET Resultat TERMODYNAMISKA KRAFTER KONCEPT Teori 1: Ytterskiva Teori 2: Aluminiumplåt Teori 3: Isolering Teori 4: Ramträ Värmebehandling CAD-RITNINGAR SIMULERINGAR Standardutförande Z-Konstruktion iv

7 Innehållsförteckning X-Konstruktion RAM-Konstruktion H-Konstruktion SLUTKONCEPT Analys VARFÖR UPPSTÅR DET DEFORMATIONER I DÖRREN? VILKA DEFEKTER UPPSTÅR I DÖRREN SAMT VARFÖR UPPSTÅR DE? HUR PÅVERKAR DEFEKTERNA ANVÄNDNINGEN AV PRODUKTEN? HUR PÅVERKAR UTFORMNINGEN AV DÖRRBLADET HÅLLBARHETEN? VILKA PARAMETRAR GÅR ATT FÖRÄNDRA I SYFTE ATT FÖRSTÄRKA FORMSTABILITETEN? Diskussion och slutsatser IMPLIKATIONER ARBETETS RELEVANS FÖR FÖRETAGET SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER VIDARE ARBETE ELLER FORSKNING Referenser Referenser för bilagor Bilagor v

8 Introduktion 1 Introduktion 1.1 Bakgrund Diplomat Dörrar AB har en lång tradition inom dörrtillverkning och är en av de ledande dörrtillverkarna i Sverige. Diplomat tillverkar alla sina dörrar i småländska Bankeryd, med en årlig produktion på cirka ytterdörrar. Företaget har cirka 75 anställda och finns representerat över hela Sverige. Sedan 2006 har Diplomat Dörrar AB varit en del av Inwido, Europas ledande fönsterkoncern. Inwidos affärsidé är att utveckla och sälja, marknadens bästa kundanpassade fönster- och dörrlösningar, via en decentraliserad struktur med fokus på den konsumentdrivna marknaden samt att långsiktigt växa hållbart och organiskt genom förvärv. Koncernen består av 28 affärsenheter med cirka anställda i elva länder omsattes 6,7 miljarder kronor med en operationell EBITA-marginal på 10,9 procent. Diplomat dörrar AB utvecklar och producerar kvalitativa ytterdörrar för privatpersoner som främst befinner sig i Sverige och Norge. Eftersom Nordens temperaturer varierar mellan det rekordlåga -53 C till ca 35 C strävar företaget efter att produkten ska uthärda det breda spektrum av temperaturkontraster utomhus. Företaget erbjuder sina kunder en garanti på upp till 20 år. För kunder visar sig deformationerna genom att dörrarna inte längre håller tätt och därav släpper in kyla/värme. Dessa defekter skapar obehag för användaren och därmed kan kundrelationer i värsta fall skadas. Examensarbetet skall utreda vilka delar i konstruktionen som påverkar formstabiliteten i ett dörrblad och vilka förändringar som bidrar till förbättring. För att lösa detta problem kommer examensarbetet att behandla området hållfasthet i material, konstruktion samt termodynamik. 1.2 Problembeskrivning En Diplomatdörr har en garanti på 20år, men för vissa av deras kunder har problem med dörrarnas struktur uppstått tidigare än väntat. I dessa fall har kyla tagit sig in igenom springor och då skapat drag i hemmet. Även problem med tröghet vid stängning/öppning har uppfattats vilket har tagit upp frågor om hur dessa deformationer skall åtgärdas. 1.3 Syfte och frågeställningar Syftet med examensarbetet är att analysera hur yttre faktorer påverkar dörrbladets formstabilitet och således studera vilka förändringar som bidrar till bättre återhämtning i stadgan. Frågeställningarna blir då följande: [1] Varför uppstår deformationer? [2] Vilka defekter uppstår i dörren samt varför uppstår de? [3] Hur påverkar defekterna användningen av produkten? [4] Hur påverkar utformningen av dörrbladet hållbarheten? [5] Vilka parametrar går att förändra i syfte att förstärka formstabiliteten? 1

9 Introduktion 1.4 Avgränsningar De avgränsningar som gjorts inför arbetet har valts för att minska antalet alternativa slutresultat som anknyter till de förändrande faktorer gällande dörrens utförande och de yttre faktorerna som undersöks i laborationerna. [1] Tät dörr i standardutförande [2] Temperaturförändring, endast värme [3] Konstruktion och materialval Enligt den första avgränsningen skall arbetet endast omfatta den täta dörren, vilket indikerar på att den inte skall besitta glaspartier i dörrbladet. Om undersökningen skulle behandla flera uppsättningar av dörrar som Diplomat tillverkar, skulle spridningen av resultaten bli för bred på grund av varierande förutsättningar, och slutsatsen väldigt svårtolkad. Temperaturförändringar är de yttre faktorer som tydligt påverkar en ytterdörr främst och därför fokuserar arbetet på detta, men kyla kommer inte undersökas. Andra yttre faktorer som kan påverka dörrarnas hållbarhet kan vara väta, montering, hantering med flera, men dessa faktorer skall inte tas under beräkning. Kostnadsförslag är inget som kommer tas fram under arbetet men den ekonomiska aspekten kan komma att tas hänsyn till då strävan är att inte öka produktionskostnader. 1.5 Rapportens disposition Nedan följer information kring projektets relevans och uppbyggnad. Den teoretiska bakgrunden beskriver de metoder som använts i syfte att poängtera dess relevans. Upplägget för de metoder som använts visar hur arbetet utförs, genomförande, resultat samt slutligen analys, diskussion och slutsats. 2

10 Metod 2 Teoretiskt ramverk 2.1 Vad är produktutveckling? Produktutveckling är en systematisk metod som används för att effektivisera arbete och skapa utvecklingsresultat som äger god kvalitet och bättre bemöter kundkrav samt marknadens efterfrågan. I produktutvecklingsprocessen skapas tekniska lösningar på problem med hjälp av olika kompetenser som exempelvis kombinationer av redan befintliga tekniska lösningar eller av kreativitet (detta kallas för syntes). Analyser utförs för att begripa hur lösningar fungerar i verkligheten. Exempel på analyser som kan utföras är simuleringar eller beräkningar. Genom att arbeta med syntes och analys blir arbetet mer effektivt och produktutvecklingen kan enklare hanteras då målet är att hitta tekniska lösningar som är funktionella för konsumenten. [1] Produktutvecklingsprocessen gör det okomplicerat för samtliga involverade i att utveckla produkten av orsaken att de steg som används bidrar till att projektet behåller rätt riktning. Företaget drar nytta av processen på så vis att projektet bryts ned i mindre bitar och på så vis simplifierar uppgiften. Kunderna får därav produkter som generellt är mer anpassade efter deras behov och efterfrågan. [1] 2.2 Sandwich-konstruktion En sandwich-konstruktion är en materialkonstruktion som består av tunna skikt av olika material sammansatta med ett tjockare, lätt material för att uppnå ett hållfast material som är mycket lättare än det hade varit ifall man använde ett lika tjockt materialval med samma hållfasthet. Diplomats ytterdörr med angivna avgränsningar, dvs. en tät dörr, tillverkas i en linjeproduktion som inleds med ett färdigmonterat ramträ. Ramträet köps in från ***** och komponent är gjort utav furuvirke, fingerskarvat och fäst med hjälp av ett vattenbaserat lim, PVAc, som formar ett ramverk. Ramträets roll i konstruktionen är att ge dörren en bas där den bidrar med stabilitet och ramar in isoleringsmaterialet. Ramträet måste därför ha en viss densitet och hålla en fuktighetsnivå på ****% för att funktionaliteten ska vara god. I början av produktion borras hål för ok som kommer att användas senare då produkten ska lackeras och även ett identifikationschip, som identifierar den specifika ordern, fästs i botten på ramträet. En EPS skiva används som isolering och placeras samt fästs inuti ramträet. Alternativet XPSskiva används för mer robusta dörralternativ som ex. branddörrar. Aluminiumplåtarna med tjocklek ***mm limmas symmetriskt på varsin sida av konstruktionen. Dessa är ytbehandlade med primer hos leverantören för att det härdande lim som används inte skall skapa underliggande luftbubblor som kan motverka fäste mellan komponenterna. Ytterskivan består av en HDF som limmas på aluminiumplåten och pressas sedan ihop under *** minuter i **** C. Diplomat vill pressa så kort tid som möjligt samt med så låg värme som möjligt för att minimera spänningar i materialet. Dörrens ytterskiva putsas med sandpapper i en maskin innan sandwichkonstruktionen placeras i CNC-maskinen för fräsning av slutbleck, dekorer mm. Vid lackering fästs oket i borrade hål, dörrbladet hängs upp på en linbana och 175 gram/kvm grundfärg sprayas på ytterskivorna innan det spacklas. Spackel och slipning tillåter ytan att bli helt slät för det första klibblagret appliceras med air-brush. Det används 100 gram/kvm och färgen värms upp i ca 10 sekunder innan topplagret appliceras. Till det yttersta skiktet färg används 175 gram/kvm för ett sista färgtillägg. Färgen blandas på Diplomats anläggning, vilket tillåter dem att kundanpassa sina färgval/nyanser. 3

11 Metod Figur 1: Snittvy dörrblad 2.3 Deformation Elastisk deformation När deformation, där påfrestning och ansträngningen är proportionerlig, sker har man en elastisk deformation. Elastisk deformation är den deformation som inte är bestående. Om ett föremål utsätts för krafter, i form av laster, som sedan frigörs återgår föremålet till sin ursprungliga form [2]. På atomnivå betyder detta att när en kraft påverkar materialet makroskopiskt påverkas atomerna i den mån att banden mellan atomerna töjs ut i mindre mängder, men innan banden bryts avlägsnas den pålagda lasten vilket gör att atombanden åter dras ihop och strukturen återgår till den ursprungliga. Figur 2: Elastisk och plastisk deformation 4

12 Metod Plastisk deformation När ett metalliskt material utsätts för en ständig last bortom stadiet för elastisk återhämtning övergår deformationen till plastisk deformation. Det innebär att efter den givna punkten klarar materialet inte längre av påfrestningarna och till slut går det av. På en mikroskopisk nivå innebär en plasticitet att det blir rörelser i stora mängder i form av förskjutningar i atomplanen, dvs. banden mellan ursprungliga grannatomer bryts pga. pålagd last och bildar nya band med andra atomer [2]. 2.4 Varför slår sig trä? Trä är ett levande material som hela tiden påverkas utav inre spänningar som baseras i årsringarna i trädets kärna. Under de första ca fem åren av trädplantans utveckling skruvar sig trädet åt ett håll på grund av den progression som sker i årsringarnas storlek. Efter den här delen av processen förändras utvecklingen till en vertikal tillväxt som slutligen gör att en skruvning utav toppen sker åt det motsatta hållet, detta skapar åter spänningar i kärnan [3]. Sågat trä, likt orört trä, slår sig på grund av att årsringarna försöker räta ut sig. Man kan tydligt se skillnad på plankor som sågats ur virket nära barken respektive det som tagits nära trädets kärna eftersom det förstnämnda är mer formstabilt. Fukt påverkar även trä markant, eftersom det alltid finns en viss andel i det. När träet torkar krymper det kraftigt på bredden, tvärs över ringarna. Torkning av virke sker därför under kontrollerade former i till exempel virkestork eller i ett luftigt utrymme, exempelvis utomhus med regnskydd [4]. 2.5 Termodynamiska krafter Termiska egenskaper refererar till hur ett material reagerar på additionen av värme. När en solid absorberar energi i form av värme höjs temperaturen och den expanderar. Ifall det finns svalare regioner på kroppen kommer värmen förflytta sig dit, och det kan hända att delen i värsta fall smälter. Värmekapacitet, termisk expansion och värmeledningsförmågan spelar stor roll på hur material reagerar [2.4]. När ett objekt ökar i temperatur till följd av en uppvärmning påvisar det att en del av den värme som tillförts har absorberats. Ett materials värmekapacitet indikerar på ämnets generella förmåga att absorbera värme från en extern faktor, dvs mängden energi som behövs för att höja temperaturen med en enhet. Värmeledningsförmåga definierar förmågan som ett ämne har för att transportera värme från en hög-tempererad region till en låg-tempererad [2.6]. Värme transporteras igenom ett solitt material genom både vibrationsvågor i gitter, som även kallas fononer, och fria elektroner. I högkonduktiva material, exempelvis metaller, finns det relativt stora mängder fria elektroner som hjälper till med att leda värmen. För metaller, med hög renhet, har förflyttningen genom fria elektroner ett mycket mer effektivt resultat eftersom de inte är lika lättutspridda samt har högre hastighet än fononerna. Amalgamerade metaller med orenheter resulterar i en försämrad värmeledningsförmåga på grund av att de orena atomerna i materialet orsakar skingringar bland de andra som i sin tur minskar effektiviteten i elektronernas rörelser [2.7]. När solida material värms upp expanderar de, detta på grund av att distansen mellan atomerna ökar, och vid nedkylning komprimerar de [1.5]. Den termiska expansionen kan sammanfattas genom sambandet genom distansen mellan atombindnings energin och värdet på värmeutvidgningskoefficienten, där värdet blir lägre när avståndet mellan atomerna blir längre. Solen är i projektet en emitterande värmekälla, temperaturpåslaget orsakar rörelser i materialet eftersom atomerna i samtliga komponenter absorberar fotoner som orsakar förhöjda energinivåer [5]. 5

13 Metod 2.6 Teori 1: Ytterskiva HDF Den yttersta skivan på dörren är i standardutförandet, och oftast i dörrar, en HDF skiva. Denna beställs av underleverantören *****. High-Density-Fiberboard är ett modifierat, träbaserat, material gjort utav lignocellulosa fiber och syntetisk koda. Beståndsdelarna pressas samman under högt tryck och under hög värme, till träfiberskivor. HDF-skivorna används ofta i olika byggprojekt inom kontor och hem. Det är även vanligt att de används till de yttersta skikten på dagens ytterdörrar och nyttjas huvudsakligen för dess stabilitet, styvhet och eftersom materialet besitter en bra, slät yta som gör det enkelt att spackla samt lackera [6]. Eftersom HDF är träbaserat gör det att produkter som använder sig av materialet får ett minskat U-värde, dvs. en minskad värmeledningsförmåga som är användbar i många områden inom byggindustrin. Diplomat använder därför sig av materialet för att ytterdörrar är i behov av att hindra värme, och kyla, från att ta sig in i hemmet Kompaktlaminat Kompaktlaminat är ett mycket slitstarkt material baserat på flera lager utav komprimerat papper. Uppbyggnaden består av laminatpapper i lager som omringas utav dekorpapper, och som där näst toppas utav en yta i hårdplast. Eftersom materialet är så pass tåligt samt vattenresistent används det ofta som materialval i produkter anpassade för utomhusmiljöer, det ses även ofta i kök där det är vanligt att man har det som bänkskiva [5]. Inom dörrindustrin används främst kompaktlaminat i dörrar med högre säkerhetsklass, och eftersom materialet dessutom är värmetåligt passar de i branddörrar, som ett alternativ till HDF-skiva. Figur 3: Uppbyggnad av materialet Kompositlaminat Fibergips Fermacell är en fibergipsskiva, består av gips (80%) och pappersfiber (20%), som blandas ihop tillsammans med vatten och pressas ihop i högtryckspress. Bra egenskaper hos materialet innefattar slagfasthet, stor bärförmåga, brandsäkerhet och att de är ljudisolerande. Fibergips är även fuktbeständigt samt att det är enkla att behandla i form av spackel och färg. På grund av dessa egenskaper används de till byggmaterial i husrenovering i allt från golv till tak samt i konserthus och biografer tack vare sin ljudisolerande karaktär [bilaga 3]. 6

14 Metod 2.7 Teori 2: Aluminiumplåt Aluminiumplåtarna, AA3105B, befinner sig i det andra yttersta skiktet på var sida av sandwichkonstruktionen och beställs från Diplomats underleverantör *******. För att fästa plåtarna i konstruktionen behövs en primer på aluminiumets yta som används för att det sedan ska gå att limma metallplattan mot ytterskiva och isolerings skiva. Underleverantören tillgodoser därför färdigbehandlat material. Aluminiumplåten används huvudsakligen för att bidra med stadga till konstruktionen genom att den ska hålla emot de deformationer som sker i de mindre stabila komponenterna och har därför en hög elasticitetsmodul. Figur 4: Materialegenskaper för Al, AA3105B [Bilaga 2] Figur 5: SWOT-analys på konkurrent 1, utförd av Diplomat 7

15 Metod Figur 6: SWOT-analys på konkurrent 2, utförd av Diplomat 2.8 Teori 3: Isolering Isoleringen är den komponent som tillhör det allra mittersta lagret av sandwichkonstruktionen. Den består ofta utav en cellplast, och behövs för att isolera för att både hålla värme och kyla ute, samt för att bevara temperaturen inomhus EPS EPS är en sorts cellplast och har det kemiska namnet expanderad polystyren [Bilaga 7]. Produkten tas fram ur granulat och är ett prisvärt isoleringsmaterial som består mestadels av luft. Färgen på materialet är vit och strukturen är lik frigolit. För att få perspektiv på materialets isoleringsförmåga innehåller en kubikmeter EPS ca 10 miljoner små bollar gjorda av polystyren där vardera består av 3000 luftförslutna celler. Materialet består alltså ungefär av 2% polystyren och 98% luft. [7] XPS XPS, även kallat extruderad polystyren [Bilaga 6], är likt EPS en cellplast men som namnet tyder på tas fram på ett annat vis. Diplomat använder XPS i deras mer robusta dörrar eftersom den har högre tolerans mot tryckbelastningar samt ger ett även bättre skydd mot fukt. Materialet är av EPS-typ men har en mer jämn komposition och går därför att slipa, tillskillnad från det tidigare, men har även liksom den expanderade cellplasten goda värmeisolerande egenskaper [7] [8]. 2.9 Teori 4: Ramträ Ramträet är en kontaktyta för sandwichkonstruktionens isoleringsmaterial och aluminiumskiva. Den utgör en rektangulär ram som till sin utkant definierar dörrbladets bredd och höjd. Ramträet består av furu som kapats till mindre brädor och sedan sammanfogats med fingerskarvningsteknik (se Figur 7). 8

16 Metod Materialet som används har goda egenskaper för dess roll i konstruktionen. Eftersom ramen är uppbyggd av fyra balkar, i vissa fall fem där den extra balken sitter i överkant, är det viktigt att materialet har stadga för att stödja de övriga komponenterna. Furu är för övrigt det material som efter aluminium, bland komponenterna, har högst elasticitetsmodul och bidrar därmed mycket till produktens formstabilitet. Eftersom grundformen av de olika komponenterna skall förbli densamma blir ett alternativ, för att realisera förbättring, att se över elasticitetsmodulerna hos materialen. Figur 7: Fingerskarvat ramträ Vändlimmning Att vändlimma trä innebär att man delar en bräda på två eller tre mindre bräda och ställer upp dem mot varandra efter vilken riktning årsringarna böjer sig. Den här konstruktionen ställer de krafter som uppstår i virket att motverka varandra. Figur 8: Vändlimmat trä [9] Värmebehandlat trä Metoden används i huvudsyfte för att öka hållbarheten i materialet, men då trä utsätts för uttorkning förlorar det en del mekaniska egenskaper som påverkar styvhet, densitet och böjstyrka vilket är nödvändiga attribut i en ytterdörr [10]. 9

17 Metod 3 Metod 3.1 Förstudie All information som kan samlas in innan själva arbetet påbörjas görs rimligen som första steg. I en förstudie omfattas delar som ger grund till uppgiften i fråga samt en plan läggs upp för att få en översikt gällande det arbete som ligger framför deltagarna. Bakgrundsinformation samlas och eventuella marknadsundersökningar i mindre omfattning passar även i påbörjande skede GANTT-schema En huvudsaklig anledning till att GANTT används är för att få en distinkt överblick av hela projektperioden och att även planeringen av uppgifterna kan läggas parallellt med varandra [11]. Genom att skapa ett GANTT-schema kan man enkelt och tydligt visa, med ett överskådande perspektiv, hur planering samt upplägg för ett projekt ser ut. Vanligtvis skapas ett sådant schema i program så som Excell där man ställer upp de etapper och deadlines som förväntas utföras i en vertikal lista genom att skriva ut vardera steg. Vid sidan av skrivs sedan de tidsintervall som verkar rimliga för var fas. I många GANTT skapas även ett visuellt schema i form av färgade block som representerar den angivna tiden för etapperna, detta för att underlätta överblicken av tidsramen samt stegen som ingår för åskådaren. Fördelar med användning av ett GANTT-schema är abiliteten att enkelt distribuera tidsåtgången för varje individuellt moment som skall genomföras under arbetets gång. Uppdelning och koordination av arbete är ett par exempel på gynnsamma utfall med ett sådant schema. Nackdelar är emellertid att det under planeringsfasen blir svårt att veta hur tidsåtgången för alla steg bör se ut i början av projektet, när planeringen läggs. Det innebär att ändringar i schemat ofta behöver göras under arbetets gång, och i fall där projektet ändrar riktning krävs det att schemat i värsta fall görs om på nytt. Ett GANTT-schema utförd på rätt sätt, där även projektet håller förutspådd kurs, leder till ett tillvaratagande av resurser, men skulle planeringen avvika för mycket förlorar GANTT-schemat sitt användarsyfte.[12] 3.2 Bootleg bootcamp Empathize Den kunskap som behövs för att påbörja arbetet samlas in och gör det möjligt att tolka, samt ge en uppfattning om teorin bakom problemet. Olika granskningar bygger upp en bra grund för att förstå vart och hur problemet etableras samt hur det skulle fungera att ta fram en lösning på dilemmat. [13] Det finns olika sätt att samla information om ämnet. Internet har vanligtvis generell information som bidrar till kunskap om produkter. Exempelvis historia om produkters utveckling och information som ger förståelse om varför produktens rådande konstruktion är som den är. Det finns bilder som ger understöd för uppfattningar om ytors textur, komponenternas storlek och placering, samt vad som skiljer olika företags val av konstruktion. En del sociala hemsidor och appar innefattar kunders upplevelser och åsikter via recensioner som kan avgöra vilka funktioner målgruppen vill att produkten ska ha. Detta är viktigt att inkludera ifall fysiska intervjuer inte utförs eller har utförts tidigare. Empathize syftar sammanfattningsvis på en så kallad person-centrerad design, där tanken är att bygga upp empati för användaren genom att lära sig om, samt att ta hänsyn till deras värderingar. Detta görs genom att: 10

18 Metod Observera: För att syna användare och de beteenden dem har i kontext till deras livsstil. Engagera: Interagera med användare och ställ frågor i olika situationer. Fördjupa: Gå i deras skor. Skapa en uppfattning av användarens erfarenheter [13] Define Define syftar på att definiera det givna problemet genom att sammanfatta de uppgifter som samlats in under Empathize fasen och där efter bearbetas problemet baserat på de nya erfarenheterna. Den insamlade informationen analyseras för att skapa direktiv i projektet och ger då en utgångspunkt för att idealisera originalprodukten. Analyser och specifikationer som används i det här stadiet grundar för att fastställa tydliga krav som i sin tur bidrar till den röda tråd som ger problemfrågor som sen bidrar till exempelvis konceptgenereringen som utförs i den kommande fasen SWOT Strength-Weakness-Opportunity-Threat, är en sorts portföljsanalys där man bedömer produkten efter de fyra perspektiven ovan. En matris ställs upp där man skriver upp de styrkor respektive svagheter som finns, samt möjligheter och hot som identifieras. Utifrån det tar man fram alternativ på hur man ska hantera hoten och hur man bäst tillvara tar möjligheterna [11] BrainWriting En metod som utförs i idégenereringsstadiet av ett projekt. Liknar metoden Brainstorming men skiljs åt i sättet idéerna framförs. I BrainWriting sätter man sig ner för att ta fram och presentera uppkommande tekniska idéer i beskrivande skrift. Alla idéer anses relevanta i BrainWriting innan sållning där man sedan tar vidare dem till skiss- och idégenerering Ideate Denna fas utnyttjar projektgruppens kreativa sinnen, kunskapsförmåga och erfarenheter kring ämnet produktutveckling. Kompetenser insamlade från förstudier, som definierats i föregående steg, appliceras här för att generera idéer. Innovation tillåter för bredare möjligheter i nytänkande problemlösning, vilket kommer hålla vikt i detta moment. Ideate syftar främst till den övergång som görs mellan identifikation av det givna problemet och utforskande av alternativa lösningar till det med fokus på användaren. Idégenerering kan behandlas på olika vis och Brainwriting är en metod som kom att användas för att presentera framtagna tekniska förslag på lösningar i beskrivande skrift. Denna metod bygger på tidigare fas där krav och funktioner har fastställts. Alla idéer anses relevanta i denna metod innan sållning utförs [13] Prototype & test I denna fas fokuserar gruppen på att få fram de idéer som formats i deltagarnas huvuden för att ta fram faktiska prototyper i verkligheten. Prototyperna kan ta form på sätt i allt ifrån väggar med post-it lappar, till fysiska modeller av koncepten. Vanligtvis håller sig prototyperna till låga kostnader i de tidiga stadierna av projektet för att enkelt ge en visuell representation av vad som kan förändras och vidareutvecklas [13]. Varför man utför denna fas är för att testa funktionaliteten av produkten eller tjänsten i fråga, men det finns även andra synsätt på det så som: Empati: Genom att ta fram prototyper fördjupas även förståelsen för designutrymmet och användaren. Utforskning: När en prototyp tas fram, används byggandet till att tänka genom att utförandet utvecklar alternativa lösningar. Test: Prototyper framtages för att testa produkten och utifrån resultaten förfina egenskaperna och funktionerna hos den. Inspiration: Genom att fysiskt visa den produkt som skapats utifrån en vision kan en prototyp inspirera och uppmana andra i omgivningen. [14] 11

19 Genomförande 4 Genomförande 4.1 Projekt uppstart Förberedelser för att påbörja examensarbetet görs i form av teams möte med företaget och några inledande moment genomförs: [1] Studiebesök med rundtur samt projektbeskrivning gås igenom på Diplomat dörrar AB. [2] Kontrakt och avtal tecknas mellan studenter, handledare och arbetsgivare för att klargöra regler och förväntningar. [3] Diplomat delar ut nödvändiga dokument samt databas för förberedelser inför projektuppstart. [4] Projektplan framställs samt GANTT-schema (figur 11) GANTT I nedanstående GANTT-schema visas de planerade delmoment som förväntades genomföras under arbetets gång. De moment som inte utfördes är rödmarkerade och blev strukna på grund av förhinder samtidigt som projektet pågick. Figur 9: GANTT-schema 4.2 Empathize Förstudie Granska litteratur och dokumenthandlingar Informationssökning på internet samt i databaser Praktisk undersökning Del av den information som används har försetts utav företaget själva, det innehåller materialspecifikationer, ritningar med mera, som hjälper förundersökningen. En generaliserad informationsinsamling gjordes genom internetsökningar för att få en uppfattning om vilka produkter som finns på marknaden utöver Diplomat Dörrar. Information som eftersöks är i detta stadie endast relaterad till problembeskrivning, syfte och frågeställningar. Användningsområdet för informationen är huvudsakligen för funktionsnedbrytning samt 12

20 Genomförande kravnedbrytning av produkten, detta leder till förståelse för val av konstruktionsuppbyggnad, material och dimension i de olika delarna. Funktionsanalys och kravspecifikation kommer att studeras noggrant för att kunna tolka och förstå företagets reklamationsdokumentation. Vid oklarheter har främst anställda på Diplomat givit svar men idéer har även diskuterats med handledaren på JTH som är specialiserad på området material. En konkurrensanalys har inte utförts då branschen är väldigt diskret gällande lösningar, men vissa uppgifter som kan betraktas i detta område har delats ut av företaget i fråga där man köpt in konkurrenters dörrar för att utföra tester på dem. Även en SWOT-analys, av deras två större konkurrenter ****** och *******, tilldelades och behövdes därför inte utföras av studenterna. Ytterligare fakta kom att samlas ihop under arbetets gång i den mån som krävts för att få vägledning inom alternativa lösningar för material och konstruktionsmöjligheter. Materialegenskaper var nödvändiga att samla in då de inte fanns att tillhandahålla hos företaget och de är viktiga i simuleringsfasen som står för majoriteten av projektets resultat. 4.3 Define För den givna produkten specificerades krav och funktioner enkelt utan metod, och då nya funktioner ej skall adderas var det inte nödvändigt för det heller. En fullständig genomgång av de olika lagren i dörren gjordes på plats där material och dimensioner skrevs ner. I fabriken hos företaget kan man enkelt följa produktionens steg för steg och då enkelt se varje nytt tillagt lager av material eller färg. Eftersom projektet går ut på att förbättra den redan existerande uppbyggnaden av konstruktionen var det nödvändigt att få en tydlig bild om alla inre delarna av produkten. [13] 4.4 Ideate Idégenerering Skisser gjordes simplifierat i detta steg men utfördes fel på grund av missförstånd gällande placering av aluminiumplåt i jämförelse till ramträ, därav skiljer skisser från faktiska ritningar på de koncept som togs vidare. Figur 10: Skiss Z-konstruktion 13

21 Genomförande Figur 11: Skiss X-konstruktion Figur 12: Skiss 4.5 Prototype & test I det här arbetet blir prototype -fasen lite annorlunda från hur det vanligtvis ser ut, samt att den läggs ihop med den fas som kallas Test. I det här stadiet ritas alla koncept upp i SolidWorks. Sammanställningar samt ritningar görs på dem och dessa skickas till Diplomat för prototypframtagning, som i detta fall är vanlig tillverkning av de olika dörrkoncepten. Eftersom det varit väldigt många problem med igångsättning av laboratoriet, som precis hade byggts klart när examensarbetet skulle börja, blev det färre tester än beräknat. Ett extra steg lades till när förseningarna med labbtesterna började ställa till med för många problem, simulationer. Då sammanställningar och ritningar redan skapats och de ursprungliga planerna försenats bestämdes det att simuleringar skulle utföras på de olika koncepten. Det viktiga var att resultaten skulle bli så verklighetstrogna som möjligt och att de skulle jämföras med labbresultat om möjligt. 14

22 Genomförande Eftersom simuleringarna rörde ett nytt obesökt område, temperatur och termiska simulationer, behövdes lite research göras på internet. Youtube bidrog med en kort introduktion inom det angivna området och övrig hjälp mottogs genom diskussioner med lärare på högskolan och en utomstående simulationsexpert som anskaffats genom företaget Diplomat. De första resultaten presenterades för kontakten som gav vägledning i hur resultatens validitet kunde förbättras. [15] Efter de sammanfattande simuleringarna gjorts kunde ett slutgiltigt beslut fattas om vilket koncept som var det bästa alternativet baserat på de värden simulationerna resulterat [11] Simuleringar SolidWorks användes även för simulationerna, som planerades in som ett komplement till de ursprungligt schemalagda laborationerna. Eftersom konceptframtagningen baserades på material och konstruktionsförändringar, som utfördes med vision om att ändra stabiliteten på produkten och inte designförändringar, är simulering ett bra alternativ för att utvärdera resultaten. 4.6 Validitet och reliabilitet Reliabiliteten i arbetet är mest relevant i stadiet Prototype and Test eftersom resultaten i simulering väldigt sällan kan likställas med resultaten som fås fram ur en verklig laborationsundersökning. De få labbresultat som har funnits till hand har jämförts med motsvarande simuleringsresultat. Även hjälp via anställda, som i vanliga fall genomför simuleringar på fönster, gav återkoppling i hur simuleringarna har utförts och godkänt dess resultat som pålitligt jämförbara. Modellerna som tagits fram i SolidWorks är förenklingar på den faktiska dörr som företaget tillverkar, i modellerna finns inte delar som slutbleck, faktiska gångjärn, dörrkarm, handtag och lås med. Trots den förenkling som utförts ger de en bra bild på vilka förändringar som förbättrar formstabiliteten då även liknande förenklingar och simuleringar har utförts på den ursprungliga dörren. Dessa simuleringar ger ett bra intryck i om det är lönsamt att tillverka en verklig prototyp för att testa i labb, och med de resultat som fåtts fram skulle det rekommenderas att åtminstone något av dem undersöks vidare. De värden för materialegenskaper som använts skall tas med en nypa salt då företaget i fråga endast hade tillgång till några få värden och de flesta har hämtats från internet. Källorna som används är främst studentlitteratur gällande de teoretiska områdena, samt informationsblad från företaget själva, och är därför pålitliga för dess områden. För materialegenskaper har ett flertal olika hemsidor används, därför kan uniformiteten variera något i värdena. 15

23 Analys 5 Resultat 5.1 Termodynamiska krafter Den externa faktorn i det här fallet är solen, den värme som emitteras från solen och absorberas utav dörrens ytterskiva. Värmekapaciteten avgör vilken förmåga materialen i dörren har till att absorbera värmen, samt andra egenskaper säger huruvida materialen kommer påverkas permanent av ett sådant värmepåslag. Med en överblick på den kompletta konstruktionen samt dess värden i de individuella fallen ser man att den generella elasticitetsmodulen är hyfsat låg bortsätt från ett fall. Detta är intressant eftersom aluminiumplåten existerar för att motverka de spänningar som sker, och orsakar deformationer, i övriga komponenter i konstruktionen. Ifall den inte klarar av de värmepåslag och spänningar som uppstår leder det till plastisk deformation som i sådana fall påverkar den fullständiga konstruktionen. 5.2 Koncept Teori 1: Ytterskiva Kompaktlaminat: Tanken var att använda kompaktlaminat som har en högre elasticitetsmodul som ytterskiva i stället för HDF. Eftersom det inte gick att beställa till företaget på grund av förseningar till anledning av Covid-19, och inte heller gick att hitta materialegenskaper, för en simulering, så kunde detta koncept inte genomföras för att se eventuella skillnader. Fibergips: Materialet skulle vara ett alternativ till ytterskiva istället för standardvalet HDF. Eftersom det inte gick att beställa till företaget på grund av förseningar till anledning av Covid- 19, och inte heller gick att hitta materialegenskaper, för en simulering, så kunde detta koncept inte genomföras för att se eventuella skillnader Teori 2: Aluminiumplåt Aluminiumet bidrar till goda elastiska egenskaper, men har nackdelar som hög kostnad och en god ledande förmåga. Detta bidrar till att företaget vill använda så lite av materialet som möjligt samtidigt som komponenten motverkar deformationer vid kraft- eller temperaturpåslag. Diplomat har testat använda olika två olika tjocklekar på Aluminiumplåten. Deras nuvarande dörr har en Alu-plåt som är ***mm tjock, men de har även testat ***mm tjocklek Z-Konstruktion Z-konstruktion är en konstruktionsform som används i syfte att förstärka dörrens kortsidor samt diagonalen av dörrbladet. Konstruktionsförändringen var inspirerad av det vanliga exemplet som används i fallet ladugårdsdörrar där man använder träplankor för att hålla samman vertikala plankor i den enkla konstruktionen. Tanken med additionen av Z-konstruktionen är att det utförs en utskärning i det ursprungliga aluminiumlagret som ersätts av en Z -formad balk i exempelvis stål av samma tjocklek. Det tillagda materialet, på grund av den högre elastiska modulen, bidrar till en mer stabil konstruktion som kan motverka andra rörelser genom att hålla emot de övriga beståndsdelarna i dörrbladet. Z-konstruktionen sammanfogas på likgiltigt vis som tidigare aluminiumplåt m.h.a primer, lim samt att hela strukturen slutligen pressas samman. Det eventuella problemet med att använda ett specifikt material med högre elasticitetsmodul är att det kan bli för dyrt att producera i större mängder, exempelvis kolfiber, koppar eller annat alternativ. Det kan även skapa problem genom att materialet inte är anpassat för företagets produktion. Stål hade varit användbart som förstärkningsmaterial, men de verktyg Diplomat använder sig utav i produktion kan riskera att fördärvas vid hantering av för hårda material. Därmed utesluts även detta material från att användas. Känt är dock att stålskivor används hos andra företag inom området och kan vara en alternativ lösning för framtiden. 16

24 Analys Figur 13: CAD-ritning, Z-konstruktion X-Konstruktion Idéen att förstärka aluminiumskivan baseras på Diplomats tidigare försök att tunna ut plåten till 0,3mm. Detta resulterade till att dörrbladen med större risk plasticerades och reklamationerna eskalerade. Genom att tillföra material i utvalda dimensioner i stället för att öka tjockleken på övergripande aluminiumplåten sparas material samtidigt som de önskade egenskaperna uppfylls med att plåten skall klara av att återställa dörrens struktur vid lägesförändringar. X-konstruktionen fungerar dylikt Z-konstruktionen och skall i teorin stärka den omfattande konstruktionen genom att öka de motverkande krafterna för att dörrbladet ej ska plasticeras. Figur 14: CAD-ritning, X-konstruktion 17

25 Analys RAM-Konstruktion Ram-konstruktionen går ut på att fräsa ut en mindre rektangel ur den befintliga aluminiumplåten för att placera den i en ram av ett starkare material, med högre elasticitetsmodul, för att de tillsammans skall bilda samma mått som den ursprungliga plåten. Konstruktionen skall i teorin stärka upp ytterkant av både kort- och långsidor av dörrbladet för att motverka deformationsbildning i dessa områden. Figur 15: CAD-ritning, RAM-konstuktion H-Konstruktion H-konstruktionen är ett koncept som inspirerats utav den vanliga I- eller H-balken som vanligtvis används inom stålkonstruktion. Denna typ av lösning bygger på att de två aluminiumskivorna, som befinner sig på vardera sida av isoleringen, sitter ihop med en genomgående vägg eller balk och därav bildar en hybrid av plåtar samt I-balk. Eftersom balken delar av utrymmet för isolering behövs det även att isoleringsmaterialet delas på två och att man tillför en öppning i botten av ramverket för att placering ska fungera på smidigast sätt när balken adderats. Sammanställning av balken skulle kunna ske genom tillverkningsmetoden profile rolling (se figur 16), alternativt att den monteras ihop m.h.a bindemedel för metall och nitar. En risk med det här konceptet gäller värmegenomgången som enkelt kan ledas förbi isoleringen på grund av den mittersta balk som tillåter termodynamiska rörelser i metallen. 18

26 Analys Figur 16: Profile-rolling [16] Figur 17: CAD-ritning, H-bak Teori 3: Isolering Huvudsyftet med isoleringen är att bevara temperaturen inomhus och hos Diplomat finns det två alternativ till materialval som skiljer relativt mycket i egenskaper. Differensen mellan EPS och XPS är primärt deras fuktbeständighet samt att det senare nämnda även besitter en högre elasticitetsmodul [Bilaga 1]. Det genomförs därför ett simuleringstest för att se huruvida XPS som isoleringsmaterial bidrar till förbättrad formstabilitet Teori 4: Ramträ Att vändlimma trä innebär att man delar en bräda på två eller tre mindre bräda och ställer upp dem mot varandra efter vilken riktning årsringarna böjer sig. Den här konstruktionen ställer de krafter som uppstår i virket att motverka varandra. Då denna konstruktion inte går att simulera 19

27 Analys i SolidWorks, skulle ett laborationstest utföras för att se skillnaden mellan icke vändlimmat ramträ och vändlimmat ramträ. Laborationen blev uppskjuten och hann inte testas under detta projekt, men kommer att testas efter examensarbetet av Diplomat Värmebehandling Värmebehandling var ett annat alternativ som undersöktes för ramträet. Efter vidare undersökning framkom det att densiteten, flexibiliteten och materialets styrka på värmebehandlat trä minskar [Bilaga 1]. 5.3 CAD-ritningar Ritningar utfördes i SolidWorks och är baserade på de 3Dimensionella CAD modeller som tidigare gjordes utav de fyra framtagna koncepten (Figur 13, 14, 15 och 17). 5.4 Simuleringar Simuleringarna har utförts som en alternativ lösning till de laborationer som planerades men inte kunde utföras. Inledande simulering sker på ursprungsversionen av Diplomats täta ytterdörr. Alla simuleringar utförs på identiskt vis för att sedan genomföra jämförelser av de olika konceptens resultat och hur konstruktionerna påverkar dörrbladets rörelser i den simulerade miljön. Laborationstestets genomförande är förbestämt av Diplomat och utgår ifrån ett skandinaviskt klimat då dagarna är som varmast, dvs. temperaturen är anpassad till den maximala värmen som förekommer i Skandinavien. Laborationerna går till på följande vis: Förberedelse inför laboration: Dörren tillverkas i önskad konstruktion och material Dörren spänns upp i fyra fästpunkter, i de tre gångjärnen samt i slutbleck Mätverktyg placeras symmetriskt på vertikal ytterkant av dörrblad Värmelampor riktas med jämn fördelning mot dörrbladets utsida Laboration utförs: Lampor värmer upp ytterskiva av dörr till 80 C under 24 timmar och mätverktyg registrerar eventuella rörelser i dörrbladet Efter ett dygn samlas resultaten in och dokumenteras Som alternativ lösning till denna laboration utfördes en begynnande simulering på utgångsprodukten som sedan fortlöpte med de framtagna koncepten med hjälp av en så verklighetstrogen simuleringsinriktning som genomförbar. Vid simulering används material med likvärdiga egenskaper som de ursprungliga dörrarna och koncepten har anpassats i CAD för simulering. För materialspecifikationer hänvisas till teoretiskt ramverk. Fixeringspunkterna utmärks med en skock pilar i simuleringsbilderna och representerar gångjärn på ena sidan av dörren, samt slutbleck på motsatt sida. Genom att fixera dessa punkter simuleras dörren som uppspänd. De utspridda pilarna placerade på ytterskivan simulerar den strålning som avges från värmelampor för att hetta upp ytterskivan. I simuleringen placerades värmepåslaget på dörrens ena sida och värmer upp den till 80 C. Reference temperature at zero strain uppskattades till en inomhustemperatur på 22 C och refererar till den omgivande temperaturen i simuleringen. 20

28 Analys Standardutförande Ursprungsdörren fick ett resultat med deformation på maximalt 1,652mm. Placering av deformationerna är på dörrens hörnkanter på motsatt sida gångjärnen, detta liknar Diplomats tidigare laborationstester på ytterdörrarna. Figur 18: Standard, 80grader. Front-vy Figur 19: Standard, 80grader. Sidvy, förstorad deformation 21

29 Analys Z-Konstruktion Z-konstruktionen deformerades maximalt 0,010mm. Deformationen är nära icke befintlig men hittas på samma ställen som på standardmodellen. Figur 20: Z-konstruktion, 80grader. Front-vy. Figur 21: Z-konstruktion, 80grader. Sidovy, förstorad deformation 22

30 Analys X-Konstruktion X-konstruktionen deformerades maximalt 0,038mm. Deformationen är nära icke befintlig men hittas på samma ställen som på standardmodellen. Figur 22: X-konstruktion, 80grader. Front-vy Figur 23: X-konstrktion, 80grader. Sidovy, förstorad deformation 23

31 Analys RAM-Konstruktion Ram-konstruktionen deformerades maximalt 0,011mm. Deformationen är nära icke befintlig men hittas på samma ställen som på standardmodellen. Figur 24: RAM, 80grader. Front-vy Figur 25: RAM, grader. Sidovy, förstorad deformation 24

32 Analys H-Konstruktion H-konstruktionen deformerades maximalt 0,011mm. Deformationen är nära icke befintlig men hittas på samma ställen som på standardmodellen. Figur 26: H-balk, 80grader. Front-vy Figur 27: H-balk, 80grader. Sidovy, förstorad deformation 25

33 Analys 5.5 Slutkoncept Diplomat kommer ta fram prototyper på koncepten och utföra laborationer på dem. För att ta fram ett slutkoncept kommer konstruktion, resultat av simulering, resultat av laborationer och kostnad spela roll för företaget. Eftersom Z-konstruktionen, det koncept som fick bäst resultat, för tillfället innehåller stål skulle den alltså inte vara det bästa alternativet då tillverkning av den skulle kräva förändringar i företagets produktionskedja. Alternativ för att tillverka en hybrid av koncept Z och X nämndes även för att i sådana fall slippa den stålförstärkning som Z-konstruktion består utav i detta arbete. Baserat på simuleringsresultat får koncept Z bäst värden gällande deformationer i reaktion till det värmepåslag som angivits och är därav det bästa alternativet för att förbättra formstabiliteten. 26

34 Analys 6 Analys 6.1 Varför uppstår det deformationer i dörren? Dörren består av ett antal olika komponenter som alla bidrar individuellt till konstruktionen. Eftersom sammanställningen utsätts för temperaturförändringar rör sig komponenterna olika beroende på deras materialegenskaper och deformeras elastiskt eller plastiskt där efter. De krafter som påverkar en del påverkar i sin tur eventuellt en andra del i konstruktionen beroende på hur den själv hanterar lasten. 6.2 Vilka defekter uppstår i dörren samt varför uppstår de? Defekter som uppstår i dörren är främst permanenta deformationer i dörrbladet. Detta sker för att en plastisk deformation i ytterdörren har uppstått då materialen i konstruktionen blivit belastade till en grad som dem inte klarar av i kombination med en konstruktion som inte väger upp för detta. 6.3 Hur påverkar defekterna användningen av produkten? De poängterade defekterna kan orsaka avvikelser i dörren som resulterar i en skev dörr som i sin tur inte klarar av att hålla tätt i stängt tillstånd. Bekymmer med stängning samt öppning av dörr kan uppstå på grund av samma defekter. 6.4 Hur påverkar utformningen av dörrbladet hållbarheten? Baserat på de simulationer som utförts under projektets gång kan en slutsats dras om att konstruktionen påverkar dörrbladets formstabilitet i hög grad. Genom att förstärka dimensionerna kring de kritiska punkterna, likt de prövade koncepten X, Z och RAM, minskade deformationerna markant. 6.5 Vilka parametrar går att förändra i syfte att förstärka formstabiliteten? Materialförstärkning i stödjande dimensioner är något som bidrar till ökad formstabilitet, detta påvisas i simuleringsresultaten av samtliga koncept. Materialval med högre elasticitetsmodul tillgodoser högre formstabilitet. Exempel på simulering som bidrar till mer stabil struktur m.h.a addering utav material med högre elasticitetsmodul är Z-konstruktion och RAM-konstruktion. Delar av aluminiumplåten har i dessa koncept ersatts med stål i de kritiska regionerna, detta medför styvhet samt flexibilitet då den utsätts för värmepåslag. Tillförande av en aluminiumlänk centrerat i aluminiumplåtarnas vertikala led skapade starkare formstruktur i ytterdörren. Detta påvisas i simulering av konceptet H-balk. Parametern som spelar störst roll i simuleringarna var alltså aluminiumplåten som besitter högst elasticitetsmodul. Förändringar även i tjockleken av HDF kan leda till förbättringar men det skulle innebära en ökad tjocklek generellt. I stora drag bidrar förändringar i aluminiumplåten till mest förbättring. 27

35 Analys 7 Diskussion och slutsatser 7.1 Implikationer Projektarbetet har resulterat i flertalet nya koncept där majoriteten har testats i simulering. Testerna gjordes för att verifiera konceptens funktionalitetrelevans, dvs för att konfirmera att konstruktionsförändringarna faktiskt tillför mer stabilitet till produkten än vad originaldörren, som projektet utgår ifrån, tidigare besuttit. Samtidigt som detta fastställts har svårigheter kring produktion av koncepten framkommit. Alla koncept skulle medge behov till viss förändring i produktion på olika vis. Materialförändringar som exempelvis framkommer i Z-konstruktionen, där stål används i de regioner som skall förstärka aluminiumplåten, medför problem i Diplomats produktion eftersom den inte i nuläget äger verktyg anpassade för hantering av ett sådant material. Fräsoch borrning i sandwichkonstruktionen blir alltså ett dilemma och för att lösa det krävs anskaffning av stålanpassade verktyg, alternativt utbyte av stål som materialval göras. För att koncept X skall kunna tillverkas krävs utfyllnad för att konstruktionen skall bibehålla täthet. Ritningarna tyder på en utfräsning i HDF:skivan som matchar formen på det förstärkta X:et i aluminiumplåten. Ett alternativ för produktion, som Diplomat kom med, var att konstruktionen eventuellt skulle kunna tillverkas genom att vända Al-plåten mot isoleringsskivan och laserskära utformningen i cellplasten. Detta skulle ändock kräva att även ramträet anpassas då aluminiumkonstruktionen sträcker sig över ramträet. H-balkskonstruktionen medger goda formstabila egenskaper, däremot får flera praktiska bitar i konceptet att fallera gällande produktion. Framtagning av den här sortens H-balk skulle kräva ett alternativ av tillverkningstekniken profile-rolling och det kan vara svårt att tillverka en balk med de dimensionerna. Konstruktionen begränsar den enkla produktsammansättningen på sådant vis att isoleringen inte kan placeras ovanifrån. I stället behövs en av kortsidorna på ramträet lossas för att det ska bli möjligt att skjuta in isoleringsskivorna från kortsidan. Vid profile-rolling uppkommer radier i H-balken och detta innebär att isoleringen behöver anpassas efter dessa. Balken tvingar även till en delning av isoleringsskivan då en länk går i mitten av konstruktionen och blockerar det nuvarande alternativet. Det skulle innebära addering av fyra extra moment i den aktuella produktionsprocessen, vilket inte är hållbart. Baserat på att länken mellan aluminiumplåtarna är gjort i samma material, så leder denna värme bra. Detta kan resultera till att isoleringsförmågan försämras och u-värdet ökar. 7.2 Arbetets relevans för företaget Slutsatserna som projektet fått fram har bidragit till teoretiskt möjliga lösningsalternativ för att tillföra en ökning av formstabilitet i Diplomats ytterdörrar. Uppdraget gick ursprungligen ut på att ta fram nytänkande alternativ till koncept på den täta ytterdörrens konstruktion för att reducera permanenta deformationer som leder till problem för företagets kunder. Dessa koncept skulle sedan testas i det nyanlagda laboratoriet i Diplomats lokaler. Efter återkommande problem med installation av bland annat mätverktyg i laboratoriet blev tiden otillräcklig och en alternativ lösning behövdes för att projektet skulle kunna fullföljas. Som alternativ lösning, utvecklades koncepten för att utvärderats och sedan i stället simulerades i SolidWorks med simplifierad konstruktion för att efterlikna de förlorade laborationstesterna som skulle utförts. Simulationens relevans och uppläggning förklaras under rubrik 5.9: Simuleringar. De simuleringar på koncepten som utförts visade goda resultat jämfört med hur de nuvarande ytterdörrarna beter sig i dagsläget, men bör testas i laboratorium för att främst fastställa precisionen av resultaten och jämföra dem till de laborationer som skulle utförts. Därför rekommenderar vi företaget att skapa ytterdörrar efter våra koncept och utföra laborationstester på dem. Skulle koncepten visa sig vara godkända i dessa tester kommer de att lösa uttalade problem, givna av företaget i fråga, med deformerade dörrblad och därav reducera samt eventuellt eliminera de bekymmer som kunder får med dörrar som blir defekta. 28

36 Analys 7.3 Slutsatser och rekommendationer Efter den teoretiska insamlingen av data utförts, och samtliga simuleringstester fullbordats, har resultat framkommit som påvisar positiva förändringar i dörrens beteende när den utsätts för värmepåslag. Konstruktioner som stödjer dimensionerna i dörrens yttre hörn har givit resultat med reducerade deformationer, vilket i teorin löser Diplomats problem med att dörrbladen slår sig. X-, Z- och RAM-konstruktionerna' är de tre typiska exempel som visar dessa resultat. Konstruktionerna är uppbyggda med variation och bidrar till egenskaper som stödjer dörrbladet med viss differens. De två huvudsakliga skillnaderna är Z- och Ramkonstruktionens' princip att addera ett nytt material som stödjer dörrbladet i utvalda dimensioner och X som använder en förstärkning av aluminiumet i utvalda regioner. De resultat som visar hur deformationer i hörnen minskat liknar varandra i simuleringarna för de tre koncepten som tagits fram, vilket antyder på att de två olika principerna på konstruktionsändringar fungerar. Vilket av koncepten som är det mest effektiva kan baseras på två synpunkter, där den ena bygger på de resultat som fåtts fram i simuleringarna samt de möjligheter som Diplomat besitter för tillfället. I det förstnämnda fallet ger resultat, som tidigare nämnt, Z-konstruktionen som får bäst värden i simuleringarna på grund av den förstärkning som sker med stål i aluminiumplåten. I det senare får Diplomats möjligheter samt motstånd kring produktion tas hänsyn till och det fallet skulle X-konstruktion eller en kombination av de båda få bäst resultat. En hybrid av Z och X skulle innebära att man behåller formen av Z men applicerar den i X där man förstärker aluminiumplåten med samma material och skär ut i HDF alternativt isolering för att ge rum för detta. Resultatet skulle bli en förstärkning i båda diagonaler samt kortsidor, men utan den process som skulle innebära grövre material i hantering av stål. Andra koncept baserades på att ersätta eller förändra andra komponenter i dörren. Dessa var svårare att simulera då exempelvis vändlimmat ramträ innebär interna motverkande krafter. Ersättning av ytterskiva innebar att HDF byts ut mot en skiva bestående av antingen kompaktlaminat eller fibergips, och värden för dessa material gick inte få tag på via Diplomats underleverantörer eller på internet. EPS och XPS är cellularplaster och prioriterades inte i simulering på grund av tidsbrist, men bör testas. Ett antagande är att dessa material besitter lägst elasticitetsmodul bland sandwichkonstruktionens komponenter och kommer därmed inte bidra tillräckligt för att stabilisera dörrbladet. Frågeställningarna har bidragit till att definiera ursprunget till varför dörrbladet slår sig och hur det påverkar kunden. De koncept som gjorts baseras på teorier kring hur man ska åtgärda de kända defekterna genom att motverka problemets rot. Simuleringarna motsvarar de tester som ursprungligen skulle utföras i det nybyggda laboratoriet och detta innebar att alla tester tyvärr inte kunde utföras på grund av databrist. 7.4 Vidare arbete eller forskning För att gå vidare baserat på det arbete som utförts i detta projekt bör laborationstester utföras på samtliga koncept. Eftersom flera alternativa material ej kunnat genomföras i simuleringar på grund av databrist skulle dessa även vara nödvändiga att laborera på då de skulle kunna bidra till ytterligare förbättringar i formstabilitet i de olika koncepten. Tjocklek av befintliga komponenter skulle kunna korrigeras i simulationer om tiden räckte till. Genom att testa hur varje komponent i sandwichkonstruktionen påverkar formstabiliteten, kan man hitta optimala lösningar för alternativa materialval eller konstruktionsmöjligheter. Tjocklek på de individuella delarna går därmed att korrigera så att de är mest lämpade för sin roll och för att göra tester på vilka tjocklekar som passar bäst, behövs simuleringar göras för att avgränsa laborationstesternas omfattning. För att gå vidare med de koncept som framtagits i arbetet bör enkla produktionslösningar skapas, så sammansättning av dörrbladen kan anpassas till produktionskedjan på ett hanterbart och kostnadseffektivt vis. Något annat som bör tas hänsyn till, är hur koncepten fungerar i verkligheten. De måste testas i laboratoriet för att säkerställa att simuleringarna som gjorts givit valida resultat. 29

37 Referenser Referenser [1] H. Johannesson, J. G. Persson, D. Pettersson, Produktutveckling: Effektiva metoder för konstruktion och design, Andra upplagan, People Printing, Kina, 2018, s [2] W. D. Callister JR., D. G. Rethwisch, Materials science and engineering, Ninth edition. John Wiley & Sons, 2015, s. 214, 220, 255, 735, 739, 742, 743. [3] K.Petterson, Grejer&Grepp (2011). Så tämjer du skevt virke. Guf.se, [4] Y. A. Cengel, A. J. Ghajar, Heat and mass transfer: fundamentals & applications, Sixth edition. New York: McGraw Hill, 2020, s. 27 [5] B. Et Al (2018). Thin HDF door skins. BioResources. s , file:///g:/examensarbete/hdf/biores_13_1_1042_bandin_clib_property_improve ment_thin_hdf_panels_door_skins_12906.pdf [6] Bänkskivabutiken. Allmän information om kompaktlaminat bänkskivor. Bänkskivabutiken.se, s1.html?CookieConsentChanged=1&CookieConsentChanged=1 [7] Soprema, Skillnaden mellan EPS- och XPS-isolering: Vi reder ut detaljerna, soprema.se, ut-skillnadenmellan-eps-och-xps-isolering [9] Snickargladje, Tillverkning av våra spegelytterdörrar och panelytterdörrar, Snickargladje.com, [8]Byggmax, Cellplast XPS300, byggmax.se, p16474 [10] V. Borůvka, A. Zeidler and T. Holeček (2015), "Comparison of stiffness and strength properties of untreated and heat-treated wood of Douglas fir and alder, BioRes. 10 (4), ) [11] H. Johannesson, JG. Persson, D. Pettersson, Produktutveckling: Effektiva metoder för konstruktion och design, Andra upplagan. Liber AB, 2013, s. 108, 658, 30

38 Referenser [12] Utbildning.se, Gantt-Schema Allt du behöver veta, 12 Aug 2021, [13] C. Mueller-Roterberg, Handbook of Design Thinking: Tips & Tools for how to design thinking, [PDF] g [14] H. Plattner, bootcamp bootleg, Institute of Design at Stanford, s.4 cc6c3338f7/ /methodcards-v3-slim.pdf [15] Innova Systems - Experts in SOLIDWORKS Training & Support. (Mar 6, 2014). Using Thermal Loads in SolidWorks Simulation Static. Youtube.com, Using Thermal Loads in SolidWorks Simulation Static [16] Manufacturingguide, Profile Rolling, manufacturingguide.com, 31

39 Referenser Referenser för bilagor [B1] M.L. Maminski. A. Trzepałka, R. Auriga, P. S. H Ng & K. L. Chin Physical and mechanical properties of thin high density fiberboard bonded with 1,3- dimethylol-4,5-dihydroxyethyleneurea (DMDHEU), The journal of Adhesion Volume 96, 2020, [B2] R. Ziethén, Evaluation of Test Methods for Wood Based Panels, Nordtest Project No , s. 19, April 1993, [Online) Avalible: Diva, [B3] matweb.com [B4] [B5] TräGuiden, Föreningen Sveriges skogsindustrier, 2020, [B6] Fermacell Sweden, Fermacell Orange Book, (2016), s 7-8, 36, [B7] IES, (1985), Table 6 Thermal Conductivity, Specific Heat Capacity and Density, help.iesve.com, specific_heat_capacity_and _density.htm [B8] D. Ferreira, E. Fonseca, C. Pinto, P. Borges, TENSILE STRENGTH OF PINE AND ASH WOODS EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDY, School of Technology and Management, Polytechnic Institute of Bragança, Bragança, Portugal, (2015), [B9] InspectAPedia, (2020), Table of Coefficient of Expansion of Building Materials CLTE Coefficient of Linear Thermal Expansion for Common Building Materials, inspectapedia.com, 32

40 Referenser [B10] the dow chemical company, 2014, Extruded- Polystyrene-Foam.pdf [B11] matweb, 044c 3cc6c344c [B12] TräGuiden, Föreningen Sveriges skogsindustrier, 2020, tra/materialet-tra/traets-egenskaper-ochkvalitet/termiska- egenskaper1/varmeegenskaper/?previousstate=

41 Bilagor Bilagor Bilaga 1 Ref. [B1] - [B12], [Bilaga 2], [Bilaga 4] 34

42 Bilagor Bilaga 2 35

43 Bilagor Bilaga 3 36

44 Bilagor Bilaga 4 37

45 Bilagor Bilaga 5 38