一旦價(jia) 格可以接受，就能夠在大批量生產(chan) 市場通過使用質量更輕的織物結構來減輕交通工具的重量。根據2012年9月的市場研究，德國業(ye) 界做出了如下重要戰略預測：

•通過在一個(ge) 部件上使用不同的材料成分並在一個(ge) 生產(chan) 環節進行生產(chan) 實現材料的混合（使用短纖維、長纖維與(yu) 金屬部分相結合）

•利用進程模擬和自動化生產(chan) 改進工藝；

•使用近淨成形纖維增強型零部件來減少材料消耗。

就上述話題來說，諸如水射流切割或機械處理等傳(chuan) 統材料處理技術的使用將更勉為(wei) 其難。在大批量應用中加工高效無磨損和無約束的多維零部件時則需要激光處理等新解決(jue) 方案。

在金屬切割和焊接中，一種高產(chan) 量工具必須以靈活的方式來處理各種複雜的結構，因此激光作為(wei) 一種昂貴的加工工具在很多應用領域都有使用。將激光應用於(yu) 纖維增強型零部件似乎顯而易見，但由於(yu) 熱光特性的存在，並非大多數材料成分都通過激光加工達到合格的質量。

熱光屬性的差異

總的來說，聚合物材料不會(hui) 吸收近紫外光和近紅外光範圍內(nei) 的激光束能量。分子或電子激發造成大量吸收，必然將加熱材料。光屬性取決(jue) 於(yu) 材料分子的組成材料，如使用聚合物基質強化的碳或玻璃纖維。隻有一些添加劑能夠將材料特性從(cong) 不可處理轉變為(wei) 可處理。為(wei) 了解這一相互作用機製，需要分析各種不同的材料組合。

因此，采用了不同的實驗方法來評估某些試樣的光特性。近紫外和紅外光譜是描述反射率和透射率的一種快速且非破壞性的方法。使用低功率激光的直接輻照實驗可以記錄熱成像攝像機探針的加熱過程。經過這些研究，基質材料的影響、光纖體(ti) 積含量以及光纖分布都得以一一顯示。

此外，聚合物熱特性的光學行為(wei) 和金屬結構的光學行為(wei) 有所差異。和非各向同性材料在熱激光切割過程中產(chan) 生大範圍熱影響區相比，碳纖維導熱係數極高。這也是新思路中需要激光處理的原因。

使用亮度激光源進行加工

在切割碳纖維增強型聚合物時需要高強度的光束，從(cong) 而升華或分解材料。這也是在考慮可接受吸收係數的情況下建議使用高亮度激光源的原因。對金屬的加熱顯示出均勻的導熱係數和恒定的熔化溫度， 而纖維增強型材料的特點是基質材料與(yu) 纖維材料的導熱係數和升華溫度的不均勻。這就需要不同的加工方法來將激光和材料相互作用的時間縮至最短，從(cong) 而將熱影響區減至最小。

這就是使用遠程技術來獲得認可結果的原因。可使用不同的光束偏轉光學設計，光束經由可傾(qing) 斜的掃描鏡進行偏轉（圖1）。這些方法可以使激光光斑以最高10米/秒的運動速度在100平方厘米至1平方米的工作區域內(nei) 運動。為(wei) 了擴大這一工作區域，可以將傳(chuan) 統的軸係統如機器人或數控機床配合高動態軸一起工作。

具備高功率激光或脈衝(chong) 激光（納秒脈衝(chong) 或更小）的連續波激光器可以用於(yu) 改進切割質量，提高產(chan) 量。以高速掃描為(wei) 基礎，切削深度隻是在數微米至數百微米之間變化。多旋回處理方法被用於(yu) 加工毫米級厚的零部件。激光切割能夠以0.01-3米/分鍾的平均切割速度在4毫米厚的環狀纖維增強性碳纖維環氧樹脂板上進行切割，而熱影響區域隻有數百微米。圖2是使用氣體(ti) 輔助激光器切割（左圖）和高功率連續波遠程激光切割（右圖）的橫截麵對比圖。

在遠程加工過程中，輔助氣體(ti) 不會(hui) 將廢料從(cong) 切割切口吹走。所有升華或分解的材料必須沿著激光光束的方向從(cong) 消融切口拿走。因此， 在觀察激光光束和蒸發材料的相互作用時，發現它們(men) 取決(jue) 於(yu) 消融切口和熱影響區域的縱橫比。
 

近淨成形結構

和傳(chuan) 統設計相比，使用紡織增強複合材料的輕量構造具備眾(zhong) 多優(you) 勢。德國德累斯頓工業(ye) 大學的一個(ge) 聯合項目致力於(yu) 優(you) 化從(cong) 纖維生產(chan) 到最終的部件加工整個(ge) 加工鏈。特別是將調查研究紡織近淨成形結構和夾層結構，使用工藝調整型動態係統來操縱設備，紡織兼容的連接方法以及連接要素，紡織增強柔性結構以及集成傳(chuan) 感器網絡的複合構件等。

本聯合項目中的激光切割，其優(you) 勢是可以在間隔織物最終加工過程中得以顯示。間隔織物是基於(yu) 編織或針織的預製體(ti) ，由混合紗線製成。組成成分為(wei) 玻璃纖維和聚丙烯，纖維含量為(wei) 50%。此外，其特點是生產(chan) 方向上的多層結構和交織毗連。圖中呈現出的輕質間隔結構（圖3）由高功率CO2激光器經2 1/2 D-beam偏轉加工而成。首先，在上層進行環狀刻蝕。隨後將焦點調整來刻蝕下層。和最先進的銑削或水射流切割相比，遠程激光工藝磨耗低、無約束。此外，無需對工件重新定位就可以單側(ce) 加工也是一種優(you) 勢。此外，切割工件的輪廓可以程序化控製，包括開切眼以及單層切割出靈活的幾何圖形。
 

結論

在大批量生產(chan) 中使用纖維增強型聚合物需要新的靈活工藝進行最終處理。因此，激光將是未來的一種工具。但是，也需要特定方法來處理具有不同光熱性能的組件。需要了解吸收性能的基本常識，以及纖維含量和分布的影響。為(wei) 了將對切割切口的熱量輸入降至最低，遠程激光技術結合多旋回處理方法已得到證實。遠程加工還能夠靈活處理近淨成形零件，這已在間隔織物結構的處理中得到證實。

鳴謝

本研究的部分內(nei) 容得到德國科學研究會(hui) 的資助，屬於(yu) 德國德累斯頓工業(ye) 大學聯合研究中心SFB639項目“用於(yu) 複雜輕量應用的功能集成型混合材質設計的紡織增強複合材料”。