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| 远程激光切割近净成形和纤维增强零部件 | |
| Annett Klotzbach, Andreas Fürst | |
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目前运输业的趋势是要求节约型设计。除了新颖的发动机概念外，一种基本方法是减少交通工具主要部件的重量。因此，纤维增强型聚合物正日益成为制造飞机和汽车架构的材料。
一旦价格可以接受，就能够在大批量生产市场通过使用质量更轻的织物结构来减轻交通工具的重量。根据2012年9月的市场研究，德国业界做出了如下重要战略预测：
•通过在一个部件上使用不同的材料成分并在一个生产环节进行生产实现材料的混合（使用短纤维、长纤维与金属部分相结合）
•利用进程模拟和自动化生产改进工艺；
•使用近净成形纤维增强型零部件来减少材料消耗。
就上述话题来说，诸如水射流切割或机械处理等传统材料处理技术的使用将更勉为其难。在大批量应用中加工高效无磨损和无约束的多维零部件时则需要激光处理等新解决方案。
在金属切割和焊接中，一种高产量工具必须以灵活的方式来处理各种复杂的结构，因此激光作为一种昂贵的加工工具在很多应用领域都有使用。将激光应用于纤维增强型零部件似乎显而易见，但由于热光特性的存在，并非大多数材料成分都通过激光加工达到合格的质量。
热光属性的差异
总的来说，聚合物材料不会吸收近紫外光和近红外光范围内的激光束能量。分子或电子激发造成大量吸收，必然将加热材料。光属性取决于材料分子的组成材料，如使用聚合物基质强化的碳或玻璃纤维。只有一些添加剂能够将材料特性从不可处理转变为可处理。为了解这一相互作用机制，需要分析各种不同的材料组合。
因此，采用了不同的实验方法来评估某些试样的光特性。近紫外和红外光谱是描述反射率和透射率的一种快速且非破坏性的方法。使用低功率激光的直接辐照实验可以记录热成像摄像机探针的加热过程。经过这些研究，基质材料的影响、光纤体积含量以及光纤分布都得以一一显示。
此外，聚合物热特性的光学行为和金属结构的光学行为有所差异。和非各向同性材料在热激光切割过程中产生大范围热影响区相比，碳纤维导热系数极高。这也是新思路中需要激光处理的原因。
使用亮度激光源进行加工
在切割碳纤维增强型聚合物时需要高强度的光束，从而升华或分解材料。这也是在考虑可接受吸收系数的情况下建议使用高亮度激光源的原因。对金属的加热显示出均匀的导热系数和恒定的熔化温度， 而纤维增强型材料的特点是基质材料与纤维材料的导热系数和升华温度的不均匀。这就需要不同的加工方法来将激光和材料相互作用的时间缩至最短，从而将热影响区减至最小。
这就是使用远程技术来获得认可结果的原因。可使用不同的光束偏转光学设计，光束经由可倾斜的扫描镜进行偏转（图1）。这些方法可以使激光光斑以最高10米/秒的运动速度在100平方厘米至1平方米的工作区域内运动。为了扩大这一工作区域，可以将传统的轴系统如机器人或数控机床配合高动态轴一起工作。 （图片） （图片） （图片） | |
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