ЛАЗЕРНА ОБРОБКА КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА
DOI:
https://doi.org/10.20535/iwccmm2024302779Ключові слова:
Лазерна обробка, CFRP, енергія лазерного імпульсу, зона теплового впливу, поглиначі енергії лазерного променя, фемтосекундний лазерАнотація
У статті описано використання лазерного різання композитів, армованих вуглецевим волокном, у різних галузях промисловості. Серед традиційних методів обробки лазерне різання має масу переваг. Будучи безконтактним, він не зношується, більш керований, екологічно чистий і має можливість змінювати параметри обробки, що значно зменшує вплив на матеріали. Варіація типів лазерів з різними імпульсами: наносекундні, пікосекундні та фемтосекундні лазери з тривалістю імпульсу -10-9, 10-12 і 10-15 секунд також істотно знижує негативний вплив на матеріал. Енергія 1 мкДж може видалити лише зовнішній шар епоксидної смоли без пошкодження волокна. Енергія імпульсу 3-4 мкДж забезпечує елімінацію багатошарових волокон, при 5 мкДж матеріал прорізається. ІЧ-лазери з менш ніж 15% поглинанням полімерною матрицею ефективно нагрівають вуглецеві волокна, тоді як УФ-лазери поглинаються переважно смоляною матрицею, пропонуючи кращий потенціал різання. Одночасне збільшення потужності та швидкості підвищує ефективність на 25%. Такі добавки, як вуглець, і оптично прозорі речовини, такі як Fabulase 361, покращують поглинання лазера. Інтеграція вуглецевих нанотрубок покращує якість різання, звужує розрізи та зменшує зони впливу тепла порівняно з невирівняними зразками.
Посилання
Bello, S. A. (2020). Carbon-Fiber Composites: Development, Structure, Properties, and Applications. Handbook of Nanomaterials and Nanocomposites for Energy and Environmental Applications, 1–22. doi:10.1007/978-3-030-11155-7_86-1
Karimi, A., Rahmatabadi, D., & Baghani, M. (2024). Various FDM Mechanisms used in the fabrication of Continuous-Fiber reinforced Composites: a review. Polymers, 16(6), 831. https://doi.org/10.3390/polym16060831
Chen, M., Guo, B., Jiang, L., Liu, Z., & Qian, Q. (2023). Analysis and optimization of the heat affected zone of CFRP by femtosecond laser processing. Optics & Laser Technology/Optics and Laser Technology, 167, 109756. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109756
Chen, J., Li, Y., Huang, M., & Dong, L. (2023). Comparison of the effects of femtosecond and nanosecond laser tailoring on the bonding performance of the heterojunction between PEEK/CFRP and Al–Li alloy. International Journal of Adhesion and Adhesives, 126, 103483. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2023.103483
Sharma, S., & Vilar, R. (2022). Femtosecond laser micromachining of carbon fiber-reinforced epoxy matrix composites. Journal of Manufacturing Processes, 84, 1568–1579. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.10.009
Arshed, F., Ahmad, A. O., Xirouchakis, P., & Metsios, I. (2022). Laser cutting of carbon fiber reinforced plastic components for remanufacturing. Journal of Remanufacturing, 12(3), 411–433. https://doi.org/10.1007/s13243-022-00117-6
Jiao, J., Cheng, X., Wang, J., Sheng, L., Zhang, Y., Xu, J., Jing, C., Sun, S., Xia, H., & Ru, H. (2022). A Review of Research Progress on Machining Carbon Fiber-Reinforced Composites with Lasers. Micromachines, 14(1), 24. https://doi.org/10.3390/mi14010024
Canisius, M., Herzog, D., Schmidt-Lehr, M., Oberlander, M., Direnga, J., & Emmelmann, C. (2015). Laser cutting of carbon fiber-reinforced plastic with an absorber transparent for visible spectrum. Journal of Laser Applications, 27(3). https://doi.org/10.2351/1.4916532
Influence of alignment and dispersion pattern of carbon nanotubes in the polycarbonate and polystyrene matrixes on laser cutting worka-bility. (2016). Journal of Laser Micro Nanoengineering, 11(2), 266–275. https://doi.org/10.2961/jlmn.2016.02.0020
Takahashi, K., Tsukamoto, M., Masuno, S., & Sato, Y. (2016). Heat conduction analysis of laser CFRP processing with IR and UV laser light. Composites. Part a, Applied Science and Manufacturing, 84, 114–122. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.12.009
Freitag, C., Onuseit, V., Weber, R., & Graf, T. (2012). High-speed observation of the heat flow in CFRP during laser processing. Physics Procedia, 39, 171–178. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2012.10.027
Li, X., Hou, W., Han, B., Xu, L., Li, Z., Nan, P., & Ni, X. (2020). Investigation on the Continuous Wave Mode and the ms Pulse Mode Fiber Laser Drilling Mechanisms of the Carbon Fiber Reinforced Composite. Polymers, 12(3), 706. https://doi.org/10.3390/polym12030706
