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水导激光加工CFRP:精度与效率的完美结合
材料来源:中科煜宸激光           录入时间:2024/6/28 23:18:49

碳纤维增强聚合物(CFRP)是一种高性能复合材料,结合了碳纤维的优异物理化学性能和聚合物基体的加工特性,具有高强度、高刚性、低密度、低热膨胀系数和优良的抗疲劳性能。此外,CFRP对大多数酸、碱和溶剂具有很好的耐腐蚀性。

*碳纤维

CFRP在多个高要求领域得到广泛应用

在航空航天领域,CFRP被用于飞机机身、机翼、卫星和火箭部件,以减轻重量并提高燃油效率;在汽车工业中,CFRP用于制造车身、底盘和内部结构件,帮助减轻车辆重量,提高燃油效率和性能。在飞行汽车领域具有广阔的市场前景和巨大的发展潜力。此外,CFRP在体育用品、风电叶片、先进舰船、轨道交通车辆、燃料电池、特种管筒、公共基础设施、医疗和工业设备等众多领域有着实际和潜在的应用。

*CFRP在eVTOL领域应用前景广阔(图片来源于网络)

CFRP的传统加工方式主要有机械加工、激光加工、水刀切割和超声波加工

机械加工包括车削、铣削、钻孔和锯切等方法,虽然操作技术相对成熟,但刀具磨损快,容易导致材料热损伤和纤维拉丝。激光加工具备高精度和非接触的优点,但可能会形成热影响区,导致树脂基体的损伤或分解,且设备成本较高。水刀切割避免了热损伤,但速度较慢,且可能残留磨料。超声波加工产生的热量少,刀具寿命长,但设备复杂且昂贵,加工速度较慢。

*传统机械加工(图片来源于网络)

水导激光加工CFRP相较于传统的加工方式具有显著优势

*CFRP-剖面形貌

热影响区小

水导激光通过高压水流引导激光束进行加工,有效冷却材料并带走热量,极大地减少了热影响区。这避免了碳纤维和树脂基体的热损伤,如树脂分解、碳纤维烧灼等问题,从而保持了CFRP材料的原有力学性能和结构完整性。

*CFRP-正面形貌

高精度

激光束的高精度切割能力使水导激光能够实现复杂形状和精细特征的加工,远超过机械加工和传统激光加工的精度。这对于需要高精度零件的航空航天、医疗器械等高端应用领域尤为重要。

*CFRP-剖面形貌

减少机械应力

由于水导激光是非接触加工,不会对材料施加机械应力,避免了传统机械加工中常见的纤维拉丝、分层和微裂纹等问题,从而提高了加工质量和产品的可靠性。

*CFRP-剖面放大形貌

清洁加工

水流不仅冷却材料,还能带走加工产生的废料、烟尘和碳化物,保持加工区域的清洁。这改善了工作环境,并减少了对后续清理工作的需求,提升了整体加工效率。

刀具磨损问题的消除

传统机械加工的一个主要问题是刀具磨损快,特别是加工高硬度和磨蚀性的CFRP时,需要频繁更换刀具,增加了生产成本和时间。水导激光加工无需刀具接触材料,从根本上解决了刀具磨损问题,提高了加工连续性和稳定性。

*CFRP-切面形貌放大

灵活性和适应性

水导激光可以灵活调整加工参数,适应不同厚度和类型的CFRP材料,适用范围广泛。这种灵活性使其能够快速响应不同的生产需求和设计变更,适合多品种、小批量生产模式。

水导激光加工CFRP在减少热影响区、提高加工精度、避免机械应力、保持加工环境清洁、消除刀具磨损问题以及增强加工灵活性方面均表现出显著优势,使其成为加工CFRP材料的优选技术。

转自:中科煜宸激光

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