Brillez la lumière laser by TrumpfDirectIndustry

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Les plastiques de tissu-renforcé de carbone (CFRPs) sont toute la rage, particulièrement dans le des véhicules à moteur, l'aviation et les secteurs de l'énergie de vent. Ils représentent une partie fondamentale de la solution à certaines des la plupart des questions de pressurage de notre âge, y compris la protection de climat, l'e-mobilité, l'efficacité de ressource et la durabilité. Ces megatrends sont les conducteurs importants derrière la construction légère et l'utilisation des composés de tissu-renforcé.

Les ingénieurs d'études aiment ces matériaux légers tissés pour leur force et rigidité. Les ingénieurs de production sont grâce légèrement moins enthousiaste aux complexités impliquées dans le travail d'un composé des fibres et du polymère. Ces deux matériaux se comportent complètement différemment dans le processus de usinage : un coupeur mécanique peut passer par le polymère comme un couteau par le beurre, mais il émoussera toujours son bord sur les fibres dures. C'est ce contraste radical qui le rend difficile de choisir la bonne méthode et l'outil droit. Les lasers gagnent la popularité croissante comme outil approprié pour traiter les plastiques de tissu-renforcé à beaucoup de différents points dans la chaîne de processus, y compris couper des blancs et des pièces, enlever des couches pour préparer des objets pour la fixation par collage, et joindre le métal au plastique.

Le plus grand défi est que le matériel est têtu et sensible. Cela pose un problème pour toutes les méthodes de transformation mécanique. La coupe de jet d'eau avec les substances abrasives est loin d'idéal depuis le bord coupé fibreux peut facilement être endommagée par les particules abrasives et les fibres peuvent devenir isolées de la matrice pendant que le matériel rentre l'humidité. La coupe impose les forces significatives à l'objet, qui souvent des résultats en bords d'ébauche avec les fibres saillantes. Les machines-outils posent le même genre de risque, bien que l'inconvénient principal ici soit le coût élevé de traiter les objets. Les fibres dures utilisent rapidement vers le bas le perçage et les têtes de fraisage de sorte qu'elles doivent être remplacées des périodes multiples chaque décalage. En outre, n'importe quel changement de l'épaisseur ou de la composition du matériel étant usiné signifie généralement les outils de changement. Ce processus se rééquipant prend du temps, et constamment l'achat de nouveaux outils est des affaires extrêmement chères.

Les ingénieurs de laser ont récemment réussi à employer des paramètres préréglés pour permettre des ajustements automatiques et intégrés à approvisionner à différentes épaisseurs matérielles et des compositions sans production de interruption. Mais il y a d'abondance d'autres raisons pour lesquelles la lumière est le meilleur outil de coupe pour le CFRP.

Les rayons laser n'exercent aucune force mécanique sur l'objet. Cela leur fait un bon choix pour usiner les pièces très minces ou sensibles de CFRP avec la grande précision. Un faisceau de lumière peut être avec souplesse conçu en fonction des découpes et des géométries changeantes parce que l'optique de usinage pour n'établir aucun contact avec l'objet – en fait elles sont plus de 150 millimètres à partir de lui. Cela le facilite pour que les lasers entrent dans les coins serrés. La coupe de laser des fibres de carbone (CFs) et des plastiques de tissu-renforcé de carbone comporte un procédé de sublimation. Le matériel est vaporisé dès qu'il sera frappé par la poutre d'énergie précise et haute. Il n'y a aucun matériel fondu à éjecter et le bord en résultant est lisse, sans des fibres dépassant. La zone chaleur-affectée au bord coupé est minimale et – selon des résultats jusqu'ici – n'a aucun impact sur les propriétés mécaniques de la cloison.

Les avantages à haute précision des lasers se prolongent à couper des matériaux de préformation. Les préformations sont les produits secs et demi-complets de tissu, essentiellement une sorte du tapis, qui n'a pas été encore durci et est donc encore flexible. Pour produire les préformations, les blancs de tapis sont placés dans un outil qui emploie les températures élevées pour les transformer en préformations 3D. Les préformations sont alors infiltrées avec de la résine synthétique – par exemple au moyen de moulage par transfer de résine (RTM) – qui alors sèche et durcit. Ceci crée des pièces de CFRP avec les géométries complexes et tridimensionnelles. La lumière laser coupe les préformations en forme du filet proche à une vitesse et à un niveau de qualité que d'autres méthodes de séparation telles que les coupeurs ultrasoniques pourraient ne jamais réaliser. les préformations de Laser-coupe ont un bord propre, clair, naturel sans aucune fibre saillante. Ceci simplifie en aval la manipulation et élimine le besoin de finir le travail tel que le meulage. Des préformations peuvent être placées dans le moule de RTM et ont infiltré juste après la coupe de laser.

Les lasers à état solide sont un grand choix pour couper les préformations de CF et le fil de CF et tissu parce que les couples de rayonnement laser facilement dans les fibres de carbone. Pour des CF moins que la moitié d'un millimètre épais, un seul kilowatt de puissance de laser est suffisant pour atteindre une vitesse de usinage au-dessus de 20 mètres par minute – deux ou trois fois plus rapidement qu'un jet d'eau ou un outil de fraisage. Avec CFR les matériaux et la fibre de verre ont renforcé en plastique (GFRP), un laser de CO2 est le meilleur choix parce que les fibres de verre et le matériel de matrice sont opaques à la lumière laser de CO2, et donc assimilable par machine. Pour des matériaux avec une épaisseur de deux millimètres ou plus, un laser de 5 kilowatts peut couper à un taux de 10 mètres par minute, une figure qui est de nouveau deux ou trois méthodes que conventionnelles de périodes plus rapidement.

Des lasers peuvent également être utilisés pour traiter le CFRP d'autres manières que juste le coupant. Une de leurs utilisations principales est une ablation, dans laquelle les rayons laser vaporisent la couche supérieure du matériel avec la précision énorme. Cette forme de traitement est particulièrement utile car une étape de préparation pour la fixation par collage puisque ceci exige de la couche supérieure de peinture d'être enlevée ou rendue rude. Dans ce cas les lasers réalisent un excellent travail d'usiner avec précision le secteur qui est exigé, ainsi seulement la quantité nécessaire de matériel est enlevés. De nouveau, un des principaux bénéfices de la lumière laser est la flexibilité qu'il offre – il peut même préparer les pièces incurvées pour la fixation par collage en dépistant avec précision leurs découpes.

Quand il s'agit d'usiner de grandes surfaces aux grandes vitesses, un laser de CO2 est le choix préféré de la source de poutre pour la préparation de fixation par collage. Et ces dernières années les ingénieurs ont accédé à un nouvel outil pour usiner petit, secteurs avec précision définis à de haute qualité avec l'émergence des lasers ultra-courts d'impulsion conçus pour l'usage industriel. Ces lasers produisent des pulsations lumineuses avec une durée juste de quelques picosecondes ou même femtosecondes. Ils permettent à des ingénieurs d'enlever juste quelques nanomètres de matériel des secteurs minuscules sans causer des bavures de fonte et sans endommager thermique le matériel. Cette technologie marque un autre grand pas en avant dans la précision des processus de usinage.

Le rivetage et le collage sont actuellement les méthodes standard de joindre le CFRP et le métal. Des lasers peuvent être utilisés pour créer les trous pour le processus de rivetage et pour enlever la couche supérieure de peinture comme préparation pour la fixation par collage. Cependant, le rivetage et le collage comportent l'addition une autre d'étape au processus de fabrication et exigent l'utilisation des matériaux supplémentaires. Cette lumière laser pulsée ultra-courte de temps fournit la solution, le métal étroitement de jointure et le plastique de tissu-renforcé. Pour joindre solidement le métal au polymère thermoplastique, un laser ultra-court d'impulsion prépare la pièce d'accouplement en métal en créant une structure dégagée. La pièce structurée en métal est alors chauffée à une température au-dessus du point de fusion du thermoplastique. Cette étape peut être effectuée par un inducteur, un four ou un laser différent. Quand les à fonte et le polymère sont pressés ensemble, le thermoplastique commence à fondre. Les écoulements thermoplastiques dans le dégagement, créant une connexion à la pièce en métal une fois qu'elle se refroidit – tous sans besoin de matériau de remplissage supplémentaire. La stabilité statique et dynamique du joint sont les deux plus haute que cela réalisée par le collage.

Après s'être établi comme outil standard dans le façonnage de tôles, le laser est maintenant prêt à suivre le même chemin dans le domaine de l'usinage de CFRP. Les avantages principaux sont partagés : la lumière laser est un outil rapide, sans usage et de non contact qui donne à des ingénieurs d'études la liberté pour créer les géométries plus complexes que ceux réalisables avec des méthodes mécaniques. En même temps, les lasers permettent la quantité d'énergie appliquée à l'objet à commander tellement avec précision qu'ils peuvent confortablement manipuler l'usinage sensible des matériaux extrêmement minces. Le laser ultra-court industriel d'impulsion – une addition relativement récente à l'environnement de production – fournit même l'option de l'usinage « à froid », en d'autres termes une forme d'usiner cela s'applique la chaleur pratiquement nulle à l'objet. Ceci a ouvert la porte à une quantité de nouvelles idées et applications.