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，因為汽車與航空產(chǎn)業(yè)向來是該領(lǐng)域創(chuàng)新和發(fā)展的驅(qū)動力。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，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共同點：它們的質(zhì)量和效率取決于流程控制。Fraunhofer ILT的科學(xué)家正在詳細研究實現(xiàn)這一目標的各種方法。Fraunhofer ILT下設(shè)聚合物加工團隊的負責(zé)人Christoph Engelmann舉了一些例子：“采用焊接技術(shù)時，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，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。”另一個問題是，僅監(jiān)控和控制一個工藝流程是遠遠不夠的。復(fù)合組件制造商不能依賴隨機抽樣，他們必須記錄整個制造過程。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)就是一個佳例。在該工藝中，激光系統(tǒng)改變了整個工藝鏈和所有的準備步驟。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間等。 Fraunhofer ILT微焊接部門的集團經(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行比較，難免會忽略上下游工藝步驟。這就是為什么在JEC展上，我們希望鼓勵決策者和開發(fā)者全面了解整個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，可選擇使用連續(xù)（CW）激光器進行表面微結(jié)構(gòu)處理，或使用具有各種機器概念的超短脈沖激光器進行微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)處理。在JEC展上，相關(guān)團隊將展示ComMUnion項目，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），是歐盟資助項目FlexHyJoin的核心。其目的是通過采用全新的全自動接合工藝來加工金屬和熱塑性纖維增強聚合物復(fù)合材料，從而減少生產(chǎn)過程中的加工時間和制造成本。為此，感應(yīng)和激光焊接工藝在全自動生產(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，由兩個金屬連接節(jié)點和一個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，F(xiàn)raunhofer ILT也將展示激光傳輸焊接技術(shù)領(lǐng)域的新進展，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。通過大量的項目，亞琛研究人員的目標是通過使用近紅外波長達3,000nm的長波束光源來解決這個問題。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，研究人員也將展示激光切割和鉆孔領(lǐng)域的新進展。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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