Brille la luz laser by TrumpfDirectIndustry

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Los plásticos fibra-reforzados carbono (CFRPs) son toda la rabia, especialmente en los sectores automotrices, de la aviación y de energía eólica. Representan a una parte fundamental de la solución a algunas de la mayoría de las aplicaciones acuciantes nuestra edad, incluyendo la protección del clima, la e-movilidad, la eficacia del recurso y la continuidad. Estos megatrends son conductores importantes detrás de la construcción ligera y del uso de compuestos fibra-reforzados.

Los ingenieros de diseño aman estos materiales ligeros tejidos para su fuerza y rigidez. Los ingenieros de la producción son gracias algo menos entusiastas a las complejidades implicadas en el trabajo con un compuesto de fibras y del polímero. Estos dos materiales se comportan totalmente diferentemente en el proceso que trabaja a máquina: un cortador mecánico puede pasar a través del polímero como un cuchillo a través de la mantequilla, pero todavía embotará su borde en las fibras duras. Es este contraste radical que hace difícil elegir el método correcto y la herramienta derecha. Los lasers están ganando renombre cada vez mayor como herramienta conveniente para tratar de los plásticos fibra-reforzados en muchos diversos puntos en la cadena del proceso, incluyendo cortar espacios en blanco y piezas, quitar capas por ablación para preparar los objetos para la vinculación adhesiva, y unirse al metal al plástico.

El desafío más grande es que el material es obstinado y delicado. Eso plantea un problema para todos los métodos de proceso mecánico. El corte del chorro de agua con las sustancias abrasivas está lejos de ideal desde el borde cortado fibroso se puede dañar fácilmente por las partículas abrasivas y las fibras pueden llegar a ser separadas de la matriz mientras que el material admite la humedad. El corte impone fuerzas significativas ante el objeto, que a menudo los resultados en bordes de la versión preliminar con las fibras que resaltan. Las máquinas-herramientas plantean la misma clase de riesgo, aunque la desventaja principal aquí es el alto coste de procesar los objetos. Las fibras duras agotan rápidamente la perforación y las cabezas que muelen para deberlas substituir épocas múltiples cada cambio. Además, cualquier cambio en el grueso o la composición del material que es trabajado a máquina significa generalmente las herramientas que cambian. Este proceso que equipa con nuevas máquinas toma tiempo, y constantemente la compra de las nuevas herramientas es un negocio extremadamente costoso.

Los ingenieros del laser han tenido éxito recientemente al usar parámetros preestablecidos para permitir los ajustes automáticos, en línea a abastecer a diversos gruesos materiales y las composiciones sin la producción de interrupción. Pero hay un montón de otras razones por las que la luz es la mejor herramienta que corta para el CFRP.

Los rayos laser no ejercen ninguna fuerzas mecánica en el objeto. Eso les toma una buena decisión para trabajar a máquina piezas muy finas o delicadas del CFRP con la gran precisión. Un haz de luz se puede adaptar fexiblemente a los contornos y a las geometrías cambiantes porque la óptica que trabaja a máquina para no hacer ningún contacto con el objeto – de hecho son más de 150 milímetros lejos de él. Eso hace más fácil para que los lasers consigan en esquinas apretadas. El corte del laser de las fibras de carbono (CFs) y de los plásticos fibra-reforzados carbono implica un proceso de la sublimación. Se vaporiza el material tan pronto como sea golpeado por el haz de energía exacta, alta. No hay material fundido que se expulsará y el borde resultante es liso, sin las fibras que resaltan. La zona calor-afectada en el borde cortado es mínima y – según hallazgos hasta ahora – no tiene ningún impacto en las propiedades mecánicas de la partición.

Las ventajas de alta precisión de lasers extienden a cortar los materiales del objeto semitrabajado. Los objetos semitrabajados son productos secos, semielaborados de la tela, esencialmente una clase de la estera, que todavía no se ha endurecido y sigue siendo por lo tanto flexible. Para producir los objetos semitrabajados, los espacios en blanco de la estera se ponen en una herramienta que utilice temperaturas elevadas para darles vuelta en los objetos semitrabajados 3D. Los objetos semitrabajados entonces se infiltran con la resina sintética – por ejemplo mediante el moldeo a presión de resina (RTM) – que después se seca y endurece. Esto crea piezas del CFRP con geometrías complejas, tridimensionales. La luz laser corta los objetos semitrabajados en forma neta cercana a una velocidad y a un nivel de calidad que otros métodos de separación tales como cortadores ultrasónicos podrían nunca alcanzar. los objetos semitrabajados del Laser-corte tienen un borde limpio, claro, natural sin ningunas fibras que resaltan. Esto simplifica rio abajo la dirección y elimina la necesidad de acabar el trabajo tal como pulido. Los objetos semitrabajados se pueden colocar en el molde del RTM e infiltraron inmediatamente después del corte del laser.

Los láseres de estado sólido son una gran opción para cortar objetos semitrabajados de los CF y el hilado de los CF y tela porque los pares de la energía de laser fácilmente en las fibras de carbono. Para los CF menos que mitad de un milímetro grueso, un solo kilovatio de poder del laser es suficiente alcanzar una velocidad que trabaja a máquina superior a 20 metros por minuto – dos o tres veces más rápidamente que un chorro de agua o una herramienta que muele. Con CFR los materiales y la fibra de vidrio reforzaron plástico (GFRP), un laser del CO2 es la mejor opción porque las fibras de vidrio y el material de matriz son opacos a la luz laser del CO2, y por lo tanto labrable. Para los materiales con un grueso de dos milímetros o más, un laser de 5 kilovatios puede cortar hasta una tasa de 10 metros por el minuto, una figura que sea de nuevo dos o tres métodos que convencionales de las épocas más rápidamente.

Los lasers se pueden también utilizar para procesar el CFRP de otras maneras que apenas cortándolo. Uno de sus usos principales es la ablación, en la cual los rayos laser vaporizan la capa superior del material con la enorme precisión. Esta forma de proceso es particularmente útil pues una etapa de la preparación para la vinculación adhesiva puesto que ésta requiere la capa superior de pintura ser quitada o ser puesta áspera. En este caso se quitan por ablación los lasers hacen un trabajo excelente de trabajar a máquina exacto el área se requiere que, tan solamente la cantidad necesaria de material. De nuevo, una de las ventajas principales de la luz laser es la flexibilidad que ofrece – puede incluso preparar las piezas curvadas para la vinculación adhesiva exacto siguiendo sus contornos.

Cuando se trata de trabajar a máquina superficies grandes en las velocidades, un laser del CO2 es la opción preferida de la fuente del haz para la preparación del enlace adhesivo. Y los ingenieros han accedido estos últimos años a una nueva herramienta para trabajar a máquina pequeño, áreas exacto definidas en de alta calidad con la aparición de los lasers ultracortos del pulso diseñados para el uso industrial. Estos lasers generan pulsaciones de luz con una duración apenas de algunos picosegundos o aún femtosegundos. Permiten a ingenieros quitar apenas algunos nanómetros de material de áreas minúsculas sin causar las rebabas del derretimiento y sin causar daño termal al material. Esta tecnología marca otro paso grande adelante en la precisión de procesos que trabajan a máquina.

El clavar y el pegado son actualmente los métodos estándar de unirse al CFRP y el metal. Los lasers se pueden utilizar para crear los agujeros para el proceso que clava y para quitar la capa por ablación superior de pintura como preparación para la vinculación adhesiva. Sin embargo, el clavar y el pegado implican la adición de otro paso al proceso de producción y requieren el uso de materiales adicionales. Esta luz laser pulsada ultracorta del tiempo proporciona la solución, el metal firmemente que se une a y el plástico fibra-reforzado. Para unirse a con seguridad el metal al polímero termoplástico, un laser ultracorto del pulso prepara la pieza de acoplamiento del metal creando una estructura socavada. La pieza de metal estructurada entonces se calienta a una temperatura sobre el punto de fusión del termoplástico. Este paso se puede realizar por un inductor, un horno o un diverso laser. Cuando se comprimen el de fundición y el polímero, el termoplástico comienza a derretir. Los flujos termoplásticos en la socava, creando una conexión a la pieza de metal una vez que se refresca – todos sin la necesidad del material de relleno adicional. La estabilidad estática y dinámica de la junta es ambo más alta que lo alcanzada pegando.

Estableciéndose como herramienta estándar en el funcionamiento de la chapa, el laser está listo ahora para seguir la misma trayectoria en el campo de trabajar a máquina del CFRP. Se comparten las ventajas dominantes: la luz laser es una herramienta rápida, desgaste-libre y sin contacto que da a ingenieros de diseño la libertad para crear geometrías más complejas que ésos realizables con métodos mecánicos. Al mismo tiempo, los lasers permiten la cantidad de energía aplicada al objeto que se controlará tan exacto que pueden manejar comfortablemente trabajar a máquina delicado de materiales extremadamente finos. El laser ultracorto industrial del pulso – una adición relativamente reciente al ambiente de producción – incluso proporciona la opción de trabajar a máquina “frío”, es decir una forma de trabajar a máquina eso aplica el calor virtualmente cero al objeto. Esto ha abierto la puerta en una gran cantidad de nuevos ideas y usos.