Laser for composites

เลเซอร์สำหรับวัสดุคอมโพสิท ไว แรง จริง

ผู้เชี่ยวชาญจาก Fraunhofer ILT กำลังค้นคว้าและพัฒนากระบวนตัด เชื่อม และเจาะวัสดุคอมโพสิทอเนกประสงค์ประเภทต่าง ๆ ด้วยแสงเลเซอร์ ให้มีประสิทธิภาพทั้งในกระบวนการผลิตและในเชิงเศรษฐกิจด้วย

พลาสติกและโลหะต่างก็เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะ เช่น ความอ่อนตัว หรือ ความสามารถในการเปลี่ยนรูปได้ ความแข็งแรงทานทน หรือการนำความร้อน ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถนำมารวมกันในส่วนประกอบไฮบริด หรือ hybrid components การทำสารประกอบไฮบริดเหล่านี้จำเป็นต้องมีการเตรียมพื้นผิวโลหะ (metal surfaces) ก่อน ตัวอย่างเช่น สามารถทำได้โดยวิธี microstructuring ด้วยเลเซอร์ cw หรือด้วยวิธี micro หรือ nanostructuring ด้วยเลเซอร์ ultra-short pulsed (USP) และด้วยการใช้ machine concepts ต่าง ๆ

MiMicrostructured hybrid beam
Microstructured hybrid beam made of magnesium and short glass-fiber reinforced plastic (PP-GF30). (Source: Fraunhofer ILT)

วัสดุก่อสร้างที่ทำจากโลหะเบาที่สุดก็คือ แมกนีเซียม มีคุณสมบัติอยู่ที่การนำความร้อนสูงเป็นพิเศษ Fraunhofer ILT ร่วมกับสถาบัน Plastics Processing IKV แห่งมหาวิทยาลัย RWTH Aachen กำลังพัฒนากระบวนการเลเซอร์เพื่อสร้างโครงสร้างจุลภาคแมกนีเซียม (microstructure magnesium) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้การเชื่อมต่อมีความเสถียรมากและเหมาะกับเทอร์โมพลาสติกชนิดต่าง ๆ ในกระบวนการฉีดแบบไฮบริด

สำหรับกระบวนการดังกล่าว ไฟเบอร์เลเซอร์แบบ single-mode (ที่ความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร) สร้าง undercuts หรือ รอบเซาะที่มีความแม่นยำในพื้นผิวแมกนีเซียมที่อัตราพื้นที่สูงถึง 1,000 ตางรางมิลลิเมตรต่อวินาที โดยที่ undercuts เหล่านี้สามารถเติมด้วยพลาสติกในกระบวนการฉีดไฮบริด “สำหรับพลาสติกเสริมใยแก้วแบบสั้น หรือ short glass fibre-reinforced เราได้พัฒนาการเชื่อมต่อแบบไฮบริดที่มี tensile shear strengths สูงถึง 22.4 MPa – ส่วนประกอบไม่เพียงเบามากเท่านั้นแต่ยังมีความคงทนมากด้วย” Christoph Engelmann หัวหน้าทีม Plastics Processing ที่ Fraunhofer ILT อธิบาย ยิ่งไปกว่านั้นเมื่อไม่ต้องใช้สารยึดติด aging processes จึงเกิดขึ้นช้ากว่าการเชื่อมต่อแบบเดิม

composites
Trimming of a hybrid car roof bow made of glass and carbon-fiber reinforced plastic. (Source: Fraunhofer ILT)

เมื่อเลเซอร์ถูกนำมาใช้เพื่อตัดวัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก โดยเฉพาะพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ การออกแบบกระบวนการโดยทั่วไป มีเป้าหมายอยู่ที่พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนต้องน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ ในขณะเดียวกันก็ควรรักษาเวลาในการผลิตให้สั้นและมีประสิทธิภาพ การสแกนลำแสงเลเซอร์ซ้ำ ๆ อย่างรวดเร็วไปตามเส้นทางการตัดจะทำให้เกิดการกำจัดเนื้อวัสดุอย่างต่อเนื่อง “ด้วยการติดตามข้อมูลการสแกนอย่างต่อเนื่อง เราสามารถใช้ขั้นตอนนี้สำหรับส่วนประกอบขนาดใหญ่ได้” Dr. Frank Schneider, project manager ของ Macro Joining and Cutting ที่Fraunhofer ILT อธิบาย ในส่วนของกำลังแสงเลเซอร์ (Laser power) ความเร็วในการสแกน และเวลาทำความเย็น (cooling time) ระหว่างการสแกนมีผลต่อโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (heat-affected zone) และเวลาในการประมวลผล

นักวิทยาศาสตร์กำลังปรับพารามิเตอร์เหล่านี้ให้เหมาะสมกับวัสดุแต่ละชนิดมากที่สุด ซึ่งยังสามารถปรับได้ภายในส่วนประกอบแม้แต่ในชิ้นส่วนไฮบริดที่ทำจากวัสดุผสม

 

อ้างอิง: https://www.etmm-online.com/laser-processes-for-multi-functional-composites-a-832900/

 

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Categories