Лазерный мир

Процесс производства компонентов CFRP (углепластик) предлагает трехсторонний подход: резка на станке с ЧПУ, лазерная обработка и автоматизированное управление, объединенные в одной ячейке робота, и все этапы между ними автоматизированы.

Преформа из углеродного волокна, просверленная с использованием лазерного луча USP с вырезом в форме звезды и металлической вставкой с идеальными пропорциями Авторское право: Fraunhofer ILT, Аахен, Германия

CFRP Углепластики — это универсальный композитный конструкционный материал, который сочетает в себе положительные механические свойства их составных частей, обеспечивая высокую прочность, высокую жесткость и низкую плотность. Признавая это, Институт лазерных технологий им. Фраунгофера (Fraunhofer ILT; Аахен, Германия) пытается ответить на вопрос, почему CFRP углепластики все еще пытаются добиться реального прорыва в условиях растущей озабоченности в отношении эффективности использования энергии и ресурсов. При этом они обнаружили, что компоненты из  CFRP углепластика имеют высокие производственные затраты и их трудно обрабатывать.

В марте 2017 года Fraunhofer ILT приступила к реализации проекта с четырьмя партнерами под названием «CarboLase — Высокопроизводительное, автоматизированное и точно изготовленное по заказу производство компонентов из CFRP углепластика» с целью оказания помощи в определении предметных экспертов, вовлеченных в Проект в качестве технологических лидеров и повышения их долгосрочной конкурентоспособности как на национальной, так и на международной арене. Партнеры проекта достигли этой цели, упростив производственную цепочку CFRP углепластика и сократив затраты.

Обычный способ сборки компонентов из CFRP углепластика — это просверлить отверстия в изготовленном модуле CFRP углепластика, а затем приклеить металлические крепежные элементы, такие как резьбовые вставки. Замена обычных деталей на легкие компоненты требует соединений между деталью из CFRP углепластика и обычными деталями, которые являются съемными и надежными.

Проект CarboLase продемонстрировал другой подход, включив крепеж в текстильные заготовки. Окончательный углепластик затем производится с помощью дополнительного процесса отверждения, который уже включает в себя крепеж. Это может значительно сократить производственные цепочки. Однако этот метод работает только в том случае, если вырезы для крепежных деталей в текстильной заготовке высверлены с предельной точностью.

Команда проекта CarboLase разработала процесс производства компонентов CFRP, который предложил трехсторонний подход к резке на станке с ЧПУ, лазерной обработке и автоматической обработке, объединенный в одной ячейке робота со всеми этапами между автоматизированными. Во-первых, заготовка создается путем разрезания, укладки и сборки текстиля. Затем лазер с ультракороткими импульсами (USP) сверлит высокоточные вырезы в заготовках для металлических крепежных элементов.

Лазер USP предлагает хорошую альтернативу обычному производству, но только в том случае, если лазер встроен в ячейку робота. Эксперты из Fraunhofer ILT и Amphos (также в Аахене) работали вместе над созданием новой технологии для подключения и вывода лазерного луча USP. Лазерный источник USP подключен к сканеру на руке робота с помощью полого волокна.

Чтобы протестировать и продемонстрировать техническую осуществимость процесса, партнеры проекта провели демонстрацию автокомпонента  стойки (B-pillar)  и подвергли его всестороннему механическому испытанию. В серии испытаний на растяжение и кручение соединения, полученные с использованием метода CarboLase, показали лучшие результаты, чем соединения в компонентах из углепластика, изготовленных обычными способами. Блокирующее соединение между вкладышами и материалом матрицы может выдерживать максимальное усилие вытягивания до 50% выше, чем у традиционно изготавливаемых компонентов с приклеенными вставками. Это улучшение механических характеристик дает возможность уменьшить общую толщину и вес компонентов в выбранных компонентах.

Одной из новых особенностей является использование лазера USP для обработки текстиля без термического повреждения. Авторские права: Institut für Textiltechnik (ITA) в университете RWTH Aachen, Аахен, Германия

Метод CarboLase предоставляет дизайнерам значительно больше творческой свободы, когда дело доходит до определения размера и положения крепежа. Это может привести к эффективной массовой настройке компонентов углепластика, что выходит за рамки современного уровня техники. Динамический процесс лазерного сверления USP представляет особый интерес для легких компонентов в аэрокосмической и автомобильной отраслях, предлагая потенциал для снижения технологических и материальных затрат при производстве компонентов из углепластика.

Fraunhofer ILT, Amphos и системный интегратор Lunovu (Herzogenrath, Германия) создали роботизированную ячейку в Institut für Textiltechnik (ITA) в RWTH Aachen. Компания Kohlhage Fasteners (Neuenrade-Küntrop, Германия) разработала систему для автоматического развертывания и интеграции вкладышей. ITA взяла на себя ответственность за внедрение автоматизированной технологической цепочки для производства заготовок, обработанных лазером. Проект получил около 2 миллионов евро финансирования от Европейского фонда регионального развития (ЕФРР) в течение двух с половиной лет.

Дэвид Белфорте

Источник: https://www.industrial-lasers.com/cutting/article/14092855/ultrashortpulse-laser-produces-faster-cfrp-component-manufacturing