Tehnologii care utilizează laserul pentru prelucrarea materialelor compozite multifuncţionale

Tehnologii

de Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laserului ILT

Tehnologii care utilizează laserul pentru prelucrarea materialelor compozite multifuncţionale

Deoarece materialele compozite combină avantajele materialelor diferite, acestea pot fi folosite pentru exploatarea unui mare potențial în construcțiile ușoare. La JEC World 2019 de la Paris din luna martie, oamenii de știință de la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologie Laser ILT au prezentat o gamă largă de tehnologii laser pentru producția eficientă și procesarea materialelor compozite.

Experții de la Fraunhofer ILT fac cercetări și dezvoltă tehnologii laser pentru îmbinarea, tăierea, curățarea și perforarea materialelor compozite, în special în contextul integrării lor în lanțurile de procese existente.

"Procesele mecanice din tehnologiile de eliminare a materialului, precum frezarea, debitarea cu fierăstrăul și tăierea cu jet de apă, precum și lipirea – atunci când materialele sunt îmbinate – pot fi înlocuite de tehnologii laser, care cresc semnificativ eficiența și calitatea proceselor generale de construcție" Dr. Alexander OLOWINSKY,Group Leader Micro Joining, Fraunhofer ILT.

Fascicul hibrid microstructurat din magneziu și material plastic armat cu fibră de sticlă (PP-GF30). © Fraunhofer ILT, Aachen, Germany​

Microstructurarea magneziului pentru aplicaţii ultra-uşoare

Materialele plastice și metalele au fiecare proprietăți specifice, precum maleabilitatea, rezistența sau conductivitatea termică și toate pot fi combinate în componente hibride. Fabricarea acestor compuși hibrizi necesită, totuși, ca suprafețele meta-lice să fie mai întâi pregătite. Lucrul acesta se poate face, de exemplu, cu ajutorul microstructurării cu laser cw (cu undă continuă) sau prin micro- saunanostructurare cu lasere cu impulsuri ultra-scurte (USP) și diferite soluții de echipamente.

Cel mai ușor material metalic pentru construcții, magneziul este caracterizat de o conductivitate termică deosebit de mare. Împreună cu Institutul pentru Procesarea Materialelor Plastice IKV de la RWTH Universitatea din Aachen, Fraunhofer ILT dezvoltă tehnologii care utilizează laserul pentru microstructurarea magneziului, procese în urma cărora se vor obține conexiuni foarte stabile și mularea (potrivirea) formelor, cu diferite materiale termoplastice în procese hibride de formare prin injecție în matrițe.

Pentru asemenea procese, un laser cu fibră cu o singură frecvență (single-mode), la o lungime de undă de 1064 nm, produce crestături pe suprafața de magneziu la viteze de până la 1000 mm2 pe secundă; aceste crestături pot fi umplute în cadrul proceselor ulterioare hibride de injecție în matriță.

Mai mult, cum adezivii nu sunt necesari, procesele de îmbătrânire au loc mai lent decât în cazul îmbinărilor convenționale.

"Pentru materialul plastic armat cu fibră de sticlă scurtă, am dezvoltat conexiuni hibride cu rezistență mare la forfecare de până la 22.4 MPa – componentele nu sunt doar extrem de ușoare, ci în același timp și extrem de durabile". Ing. Christoph ENGELMANN, șef de echipă Procesare Materiale Plastice din cadrul Fraunhofer ILT 

Există puține limite privind folosirea materialele plastice: în principiu, toate materialele termoplastice folosite la injectarea în matrițe sunt adecvate aici. Acestea deschid o gamă largă de posibilități pentru conectarea componentelor și integrarea funcțiilor, pe care componentele hibride fabricate ulterior le oferă și care nu pot fi realizate într-o construcție metalică pură.

Procese de tăiere lină pentru materiale compozite

Când se folosesc lasere la tăierea materialelor compozite termoplastice, în special materiale plastice armate cu fibră de carbon, modelul de proces țintește să genereze zone cât mai mici posibile care să fie afectate de căldură. În același timp, acesta ar trebui să mențină un timp scurt și productiv de procesare: scanarea repetată, rapidă a razei laser împreună cu traiectoria de tăiere elimină cu succes materialul și merge ușor pe acesta. „Prin monitorizarea continuă a câmpului de scanare, putem folosi această procedură pentru componente mari,” explică Dr. Frank SCHNEIDER, Manager de proiect la Îmbinări și Tăieri Macro, Fraunhofer ILT. Puterea laserului, viteza de scanare și timpul de răcire dintre scanări influențează zona afectată de căldură și timpul de procesare. Oamenii de știință optimizează acești parametri și, astfel, determină cele mai bune reglaje pentru material, care, de asemenea, pot fi adaptate în cadrul unei componente în cazul pieselor hibride făcute dintr-un amestec de materiale. Chiar dacă materiale atât de diferite sunt așezate unele peste celelalte, tăierea se poate face într-o singură fază – precis, eficient și fără uzura sculei, datorită disponibilității laserelor de putere mare cw cu o calitate excelentă a fasciculului.

Găurirea cu laser pentru fabricaţia productivă a componentelor CFRP (polimeri armaţi cu fibră de carbon)

În cazul elementelor cu greutate mică, integrarea elementelor funcționale în componente structurale CFRP este, adesea, efectuată cu ajutorul inserțiilor filetate, de exemplu în preforme pentru componente din industria auto și aeronautică. În acest scop, inserțiile sunt plasate într-o manieră de mulare a formei în componentele găurite mecanic și apoi sunt lipite. Calitatea și rezistența îmbinării depind, în mare măsură, de precizia laminatului găurit și de îmbinarea cu liant.

Fasciculul laser USP a găurit preforma din fibră de carbon făcând un orificiu în formă de stea și inserție de metal cu montaj pozitiv.

Componente deosebit de durabile și de calitate înaltă sunt formate atunci când un material textil neimpregnat cu fibră de carbon este găurit cu ajutorul unui fascicul laser USP (laser cu impulsuri foarte scurte), în care sunt ulterior inserate elemente funcționale astfel încât să corespundă formei. Scanerele laser fac posibilă și perforarea unor contururi pretențioase, cum ar fi orificiile în formă de stea și astfel, integrarea inserțiilor adaptate la sarcină. În procesele ulteriorare de infuzie, matricea acționează ca un adeziv între fibrele de carbon și inserție, eliminând nevoia unor aditivi suplimentari.

Grație prelucrării cu fascicul laser USP, atât preformele, cât și componentele consolidate CFRP pot fi găurite la o calitate înaltă. „Evaporarea primară a materialului poate preveni deteriorarea termică sau materialografică din laminat sau fibre,” explică Dr. Stefan JANSSEN, lider de echipă la Găurire Laser și Tăiere de Precizie, Fraunhofer ILT.

Timpii de proces, în mod normal între câteva secunde până la un minut, și nivelul înalt de automatizare sprijină, de asemenea, utilizarea productivă a acestui proces în fabricația componentelor CFRP. (www.ilt.fraunhofer.de/en )


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.