3月，在法國巴黎舉行的JEC國際復(fù)合材料展上德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer ILT）將著重介紹激光在復(fù)合材料加工領(lǐng)域的最新趨勢和創(chuàng)新。 此外，他們將連同亞琛輕量結(jié)構(gòu)一體化生產(chǎn)中心（AZL）的研究人員共同演示激光器及系統(tǒng)如何在復(fù)合材料的焊接、結(jié)構(gòu)化、切割和鉆孔等領(lǐng)域發(fā)揮最大效用。
沒有其他行業(yè)如同汽車行業(yè)那般對復(fù)合材料投入大量的關(guān)注，因?yàn)槠嚺c航空產(chǎn)業(yè)向來是該領(lǐng)域創(chuàng)新和發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。而在其他行業(yè)，復(fù)合材料現(xiàn)今也變得愈發(fā)重要。然而用戶都面臨同樣的問題：如何為他們的產(chǎn)品尋找合適的加工方法？
激光設(shè)備改變整個(gè)工藝鏈
激光系統(tǒng)適用于焊接、切割、燒蝕、鉆孔和熱塑性鋪帶等廣泛的加工領(lǐng)域，使其與傳統(tǒng)工藝相比展現(xiàn)出更多的競爭力。專家指出：“在切割和鉆孔方面，通常采用銑削、鋸切或水射流切割等機(jī)械加工技術(shù)。而就材料連接而言，粘接是優(yōu)選的方法。”
然而，當(dāng)談及激光系統(tǒng)時(shí)，意味著需要切換到一種完全不同的制造工藝。新使用者應(yīng)當(dāng)與專家交流，并且精確定義他們對復(fù)合組件的加工要求。這將催生出一系列選擇，其中包括低成本但質(zhì)量稍低的工藝，以及速度更慢、成本更高，但質(zhì)量也更高的技術(shù)等。
過程控制起到關(guān)鍵作用
所有的流程都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們的質(zhì)量和效率取決于流程控制。Fraunhofer ILT的科學(xué)家正在詳細(xì)研究實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的各種方法。Fraunhofer ILT下設(shè)聚合物加工團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人Christoph Engelmann舉了一些例子：“采用焊接技術(shù)時(shí)，由于分解作用，對溫度的持續(xù)監(jiān)測是非常重要的。當(dāng)涉及切割時(shí)，我們必須使用特殊的光學(xué)相干斷層掃描（OCT）傳感器，這使我們能夠確定和調(diào)整切割頭和工件之間的距離。”另一個(gè)問題是，僅監(jiān)控和控制一個(gè)工藝流程是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。復(fù)合組件制造商不能依賴隨機(jī)抽樣，他們必須記錄整個(gè)制造過程。激光技術(shù)的視覺可及性使制造商能夠獲得所需的生產(chǎn)文件。
焊接技術(shù)就是一個(gè)佳例。在該工藝中，激光系統(tǒng)改變了整個(gè)工藝鏈和所有的準(zhǔn)備步驟。這使得激光焊接規(guī)避了一些典型的工藝劣勢，如較長的粘合劑硬化時(shí)間等。 Fraunhofer ILT微焊接部門的集團(tuán)經(jīng)理Alexander Olowinsky博士表示：“遺憾的是，僅僅將成本較低的粘合劑與激光焊接工藝進(jìn)行比較，難免會(huì)忽略上下游工藝步驟。這就是為什么在JEC展上，我們希望鼓勵(lì)決策者和開發(fā)者全面了解整個(gè)激光加工流程的原因所在。”
在金屬表面結(jié)構(gòu)中更快地形成底切
基于激光技術(shù)的復(fù)合焊接工藝從金屬表面的制備開始。當(dāng)涉及塑料和金屬的粘合時(shí)，可選擇使用連續(xù)（CW）激光器進(jìn)行表面微結(jié)構(gòu)處理，或使用具有各種機(jī)器概念的超短脈沖激光器進(jìn)行微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)處理。在JEC展上，相關(guān)團(tuán)隊(duì)將展示ComMUnion項(xiàng)目，其核心內(nèi)容是配置集成過程監(jiān)控的高速激光表面結(jié)構(gòu)化和激光輔助CFRP帶鋪放技術(shù)。研究人員正在開發(fā)一種用于光束引導(dǎo)的多邊形振鏡掃描系統(tǒng)，從而能夠更快地生產(chǎn)出底切結(jié)構(gòu)。
復(fù)合部件的大批量生產(chǎn)（例如用于汽車車身），是歐盟資助項(xiàng)目FlexHyJoin的核心。其目的是通過采用全新的全自動(dòng)接合工藝來加工金屬和熱塑性纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料，從而減少生產(chǎn)過程中的加工時(shí)間和制造成本。為此，感應(yīng)和激光焊接工藝在全自動(dòng)生產(chǎn)單元中一起執(zhí)行。在此展上，F(xiàn)raunhofer ILT將展示一款車頂橫梁作為其研究成果。該示范產(chǎn)品用作B柱之間的連接件，由兩個(gè)金屬連接節(jié)點(diǎn)和一個(gè)由雙軸玻璃纖維織物加固的聚酰胺制成的連接件組成。
塑料焊接的范式轉(zhuǎn)變
同時(shí)，F(xiàn)raunhofer ILT也將展示激光傳輸焊接技術(shù)領(lǐng)域的新進(jìn)展，主要包括將塑料與金屬部件連接起來。過去，由于材料厚度和填充材料的原因，激光焊接經(jīng)常失效。通過大量的項(xiàng)目，亞琛研究人員的目標(biāo)是通過使用近紅外波長達(dá)3,000nm的長波束光源來解決這個(gè)問題。由于現(xiàn)在有多種不同的光源，工作方式已經(jīng)改變。 Olowinsky博士表示：“我們現(xiàn)在改變激光器的波長來匹配材料，而過去它則是另外一種方式。這是塑料焊接的基本范式轉(zhuǎn)變。”
同時(shí)，研究人員也將展示激光切割和鉆孔領(lǐng)域的新進(jìn)展。這里面臨的挑戰(zhàn)是盡量減少激光與復(fù)合材料之間的相互作用。為此，F(xiàn)raunhofer ILT借助脈沖激光束和非?？焖俚腃W輻射，在幾次掃描過程中深入穿透材料。這同樣也適用于激光鉆孔，亞琛研究人員已高效使用其將形狀固定的輪廓切割成各種預(yù)制件。
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