Композитные материалы

Композитные материалы создаются из двух и более материалов, обладающих различными свойствами. В результате получается новый материал (композитный материал), обладающий наиболее выдающимися свойствами его компонентов. Например, армирующий материал из углеродного волокна, встроенный в матрицу на эпоксидной основе, образует прочный и легкий композитный материал конструкционного назначения. Само по себе углеродное волокно недостаточно твердое, чтобы его можно было использовать в качестве конструкционного материала, а эпоксидная смола сама по себе недостаточно прочная. Большинство композитных материалов легко поддаются лазерной резке, гравировке и маркировке.

Типы композитных материалов

Типы лазерной обработки

В настоящее время лазеры находят все более широкое применение в обработке материалов, от разработок новых материалов до массового производства. Во всех процессах лазерной обработки энергия лазерного луча взаимодействует с материалом и определенным образом его преобразует. Каждое преобразование (или лазерная обработка) контролируется очень точными параметрами длины волны, мощности, рабочего цикла и частоты импульсов лазерного луча. К таким процессам лазерной обработки относятся:

Все материалы обладают уникальными характеристиками, которые и определяют характер взаимодействия лазера с материалом и последующие изменения материала. Это также относится к случаям, когда лазерная система используется каклазерный резак,лазерная гравировальная машинаилилазерный маркер. Наиболее широко распространенными процессами обработки композитных материалов являются следующие:

Лазерная резка композитных материалов
Поскольку композитные материалы состоят из двух и более различных компонентов, крайне важно правильно выбрать длину волны лазера. Если все компоненты композитного материала являются органическими, то они поглощают энергию CO₂ лазерного луча. Лазерный луч нагревает материал, проходя непосредственно по нему, и вызывает испарение материала. Если мощность лазера достаточно велика, то лазерный луч прорезает материал насквозь, оставляя чистый, гладкий срез. Если компоненты композитного материала являются металлами, то резку такого материала можно производить с помощью волоконного лазера. В большинстве случаев для резки каждого компонента композитного материала требуется разная длина волны. Эти вопросы подробно освещаются в разделе «Преимущества ULS».

Лазерная гравировка композитных материалов
Мощность лазерного луча CO₂ можно ограничивать так, чтобы в процессе обработки луч удалял (гравировал) материал на заданную глубину. Лазерная гравировка может использоваться для создания узоров и рисунков на поверхности композитного материала. Лазерная гравировка также может использоваться для передачи информации.

Лазерная маркировка композитных материалов
На большинство композитных материалов лазерную маркировку можно наносить с помощью CO₂ лазера или волоконного лазера. CO₂ лазер следует использовать в случаях, когда обрабатываемая поверхность в основном состоит из органического материала. Волоконный лазер следует использовать в случаях, когда обрабатываемая поверхность в основном состоит из металлического материала. В обоих случаях энергия лазерного луча поглощается поверхностью композитного материала, в результате чего изменяется его внешний вид. На поверхности образуется видимая маркировка и не происходит существенного удаления материала. Лазерная маркировка также может использоваться для создания рисунков или передачи информации.

Комбинированный процесс
Описанные выше процессы лазерной резки, гравировки и маркировки могут быть объединены без необходимости разъединения и повторного закрепления компонентов композиционного материала.

Лазерная система композитных материалов, общие положения

Размер платформы — платформа должна быть достаточно большой для размещения самых больших композитных материалов, подлежащих лазерной обработке, либо должна соответствовать требованиям 4 класса лазерной безопасности для обработки более крупных листов

Длина волны — длина волны 10,6 микрон CO₂ лазера наилучшим образом подходит для обработки композитных материалов, в основном состоящих из органических компонентов. Длина волны 1,06 микрон волоконного лазера наилучшим образом подходит для обработки композитных материалов, в основном состоящих из металлических компонентов

Мощность лазера — устанавливается в зависимости от требуемого процесса обработки. От 25 до 150 Вт (CO₂ лазер) — наилучший выбор для лазерной резки, гравировки и маркировки композитных материалов, в основном состоящих из органических компонентов. От 40 до 50 Вт (волоконный лазер) — наилучший выбор для лазерной резки, гравировки и маркировки композитных материалов, в основном состоящих из металлических компонентов

Линзы — самыми лучшими линзами общего назначения для лазерной обработки композитных материалов являются линзы 2.0

Стол для резки — должен быть пригоден для лазерной резки композитных материалов или пластмасс

Вытяжка — должна обеспечивать достаточную скорость потока для удаления газов и частиц, образующихся в процессе работы оборудования для лазерной гравировки, резки и маркировки

Устройство обдува воздухом — обеспечивает подачу струи воздуха рядом с местом работы лазера для удаления газов и частиц, образующихся в процессе лазерной резки, гравировки и маркировки композитных материалов.

Вопросы охраны окружающей среды, здоровья и обеспечения безопасности людей при лазерной обработке композитных материалов

При взаимодействии лазера с материалом почти всегда образуются выбросы газов и/или частиц. Среди отходов образуются летучие органические соединения (ЛОС), которые необходимо выводить из помещений наружу. В качестве альтернативы они могут сначала обрабатываться системой фильтрации, а затем выводиться во внешнюю среду. При лазерной обработке происходит горение композитного материала, что может стать причиной пожара. Поэтому лазерная обработка композитного материала всегда должна производиться под контролем.