North Sails 3Di

Det har börjat dyka upp gråa segel som ser mycket speciella ut. Vi har sett dem på Seaquest 36 i sundet, på Artemis, på några RC44 och snart kommer vi också att köra dem på Blur. Det är Norths nya 3Di-teknologi som sakta håller på att bli en riktig produkt.

Ni kanske minns Alinghis “svarta segel” från 2007? Då hade man lyckats sprida enskilda PBO-fibrer för att bygga ett segel, även om man inte byggde det på en form utan sydde in den på traditionellt sätt.

Samtidigt kunde gänget bakom Cuben Fibre göra samma sak med Dymeema, men hade desto svårare med kolfiber. När North Sails köpte bägge teknologierna kunde man kombinera kolfiber- och Dyneema-fibrer i samma tejp för att ha som grundkomponent i 3Di. Ovan ser vi en tejp som bara är 10 mikrometer tjock. Det svarta är kolfiber och det vta är Dyneema-fibrer.

Hela processen börjar med otvinnade trådar av kolfiber, aramid och Dyneema.

Dessa körs genom en maskin, kallad “the Pregger”, som sprider på de enskilda fibrerna. Här är det Dyneema-garn som matas in i maskinen.

Ovan kolfiber som tydligen sprider sig själva med hjälp av en fysikalisk effekt kallad “dubbel vortex”. Dyneema körs genom en annan del i maskinen, som alltså kombinerar de bägge inköpta teknolgierna.

Josh Marhevka ser till att fibrerna beläggs med ett tunnt lager lim som dels skall hålla ihop seglet lagom mycket under själva arbetet men också binda ihop det då det konsolideras.

Fibrerna läggs på ett papper och rullas upp. Beroende på vilken mix av fibrer man vill ha så kan tejpen köras två eller tre gånger genom maskinen.

Här syns hela maskinen.

Holly Jensen kontrollerar vikten kontinuerligt. Eftersom ett segel byggs av många lager tejp, så är toleranserna mycket små för att man skall kunna hålla totalvikten.

Sedan laddas tejpen på en en maskin som åker kors och tvärs över ett plant golv för att lägga ut tejpremsorna på det sätt som desigprogrammet anger, samtidigt som den samlar upp pappret som tejpen sitter på. det är inte helt lätt, då tejparna är extremt tunna.

Utvecklingen pågår hela tiden. På ovanvåningen så sitter både ingenjörer och mjukvaruutveckare och man designar och bygger all utrustning internt. Här är en helt ny version av huvudet som lägger ut tejpen.

Här ser vi en toppsektion av ett segel till en Swan 601. Man väljer att göra mindre bitar av seglen för att de skall bli hanterbara när de flyttas till formen. Med lagom stora bitar får man också en ökar flexibilitet i proiduktionen. Tejpbitarna är tillräckligt klibbiga för att hålla ihop när man hanterar seglet här, men inte så klibbiga att de inte kan röra sig när man formar seglet på själva formen.

Layoutprogrammet ser till att “skarvarna” blir osynliga, och de olika lagren matchas omlott, så det slutgiltiga seglet ser likanadat ut oavsett om det görs i en eller 10 delar.

Här ser man några av lagren. Underst ett ytterlager, sedan olika lager internt i seglet innan ytterlagret på andra sidan. Det finns 20-talet olika tejp-varianter som alla har olika egenskaper. Seglet ovan ser ut att bestå av samma lager som våra nya segel:

• Gråa ytterlager: Polyester non-woven outer surface over dyneema bonded with Thermoset polyester adhesive with UV absorbers and colorant.
• Svart tejp med aramid: Carbon and Dyneema filaments bonded to Aramid X-scrim with Polyester Thermoset adhesive and UV absorbers.
• Svart tejp: Carbon and Dyneema filaments bonded with Polyester Thermoset adhesive and UV absorbers

Låt oss titta närmare på beståndsdelarna.

• Kolfiber är styvt och står emot både drag och kompression väldigt bra. Men är ömtåligt och enkilda fibrer kan inte vikas.
• Aramid är starkt och står emot både drag och kompression bra. Är inte lika ömtåligt som kolfiber, men är UV-känsligt.
• Dynema är starkt vid drag, men inte vid kompression. Är mycket tåligt.

Så genom att kombinera dessa fibrer får man de egenskaper man vill ha. 100% Dyneema blev mjukt och fint, men skrynklade ihop sig då fibrerna komprimerades. 100% kolfiber blev snyggt och starkt men känsligt och svårt att hantera. Just nu verkar det som att man har hittat en mix på mellan 50/50 och 70/30 kolfiber/Dyneema eller aramid/Dyneema. Men man experimenterar hela tiden.

På bilden ser man även att några av tejpremsorna har en “scrim” i aramid på -45/90/45 grader. Det ger struktur och stabilitet även på tvären så att man kan hålla nere antalet tape-lager.

Totalt har man ungefär 20 olika kvaliteter på tejp, och utifrån segeldesignen så läggs de ut på ett specifikt sätt. Här är en del av vår nya fock.

Även om det är bra att man kan bygga segel med precis de egenskaper man vill ha, så är det svårt att förklara för kunderna. Därför har man valt att namnge några olika produkter. Även detta ändras över tiden:

• 3Di 870 Carbon/Dyneema, club racing
• 3Di 880 Carbon/Carbon, TP52 eller Melges 32 (innehåller mindre Dyneema)
• 3Di 670 Aramid/Dyneema, VOR eller Open 60 som inte kan använda kolfiber.

(6=aramid, 7=Dyneema, 8=kolfiber.)

Bitarna flyttas sedan till samma formar som används för 3DL och fogas samman. Man lägger allt i en vaccumpåse och konsoliderar sedan alla lager med värme till en nästan isotropisk struktur (tål kraft i alla riktningar). Man skiljer på laminering (limning av material med olika egenskaper som i 3DL) och konsolidering (sammanfogning av material med samma egenskaper som i 3Di).

Ovan filen som används för att styra utrustningen för vår fock. Man har skrivit hgelt ny programvara som styr både bana och temperatur när man konsoliderar seglet.

Gabe Testa är en av mjukvaruutvecklarna som arbetar med programvaran bakom 3Di. Här är några bilder på vår fock.

Här kan man tydligt se de olika lagren av tejp.

Det finns många fördelar med att göra segel på det här viset. Framförallt får man ett styvare segel som håller formen bättre och har stabilitet i alla riktningar. Dessutom suger inte enskilda fibrer vatten, som trådar kan göra. Alla segel med trådar i lastriktningen suger vatten genom kapillärkraften.

Men i detta tidiga skede finns det så klart nackdelar med 3Di. Framförallt har de varit känsliga för punktslitage (spinnakerring på masten, häckstag, …). Man har kört sönder några segel. Typiskt på kryss i 4-5 knops vind mer än vad vad seglen var designade för. Men eftersom de inte ändrar form så var de fortfarande snabba och såg bra ut (man behöver alltså titta mer på TWS än på att seglet börjar se kass ut). När man flyttade bak skotpunkten och skotade hårt, så hamnade för mycket last på underliket och i en extra stor våg så pallade inte fibrerna längre. Sedan dess har man lagt i mer dyneema i nederkant av seglet.

UV är ju ett jättestort problem för Aramid. Enskilda Aramid-fibrer förstörs på en dag i solsken, och det skulle i princip gälla ett 3Di-segel i 100% Aramid också. Detta löser man genom att färga fibrerna eller lägga på ett tunt lager lack på utsidan. Men detta drabbar ju bara VOR eller Open 60, då det “vanliga” 3Di-seglet innehåller mycket lite Aramid som också ligger inne i själva seglet.

Trimningsmässigt så tror man att 3Di kommer att kräva lite mer trim i lätt vind, men vara stabilare och inte kräva lika mycket justeringar när det blåser.

Efter att seglet konsoliderats och härdat, så färdigställs det på vanligt sätt. Men då lattfickor och förstärkningar redan ligger inne i seglet så är det ganska lite jobb.

Man hade precis blivit klara med nya 3Di-segel till Puma. Här diskuterar Richard “Scoob” Kiff (i blå t-shirt) med Jeff Neri. Scoob arbetar för Puma och var inne för att hjälpa till med detaljerna. Han jobbade också för Oracle i senaste AC.

Detta är andra delen av två från North Sails i Nevada. Den första handlade om 3DL.