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激光切割PMC等碳纤维复合材料

2021-01-09

        今的复合材料基本可以分为三大类:陶瓷基复合材料、金属基复合材料和另一种最常见的--聚合物基复合材料(或称PMC)。聚合物复合材料是在热固性树脂(如环氧树脂或聚亚胺酯等)。中添加强化纤维(如碳纤维、石墨、玻璃纤维、芳香族化合物等)。虽然这些纤维本身的强度并不高,但是一旦与树脂材料结合在一起便形成了一种轻质、牢固、耐用的新型材料,在航空航天业已有广泛应用。
        CO2激光切割技术由于其加工的非接触性,理想适用于各类复合材料的切割,尤其是形状特殊或截面切割等情况。在此测试中我们使用200W的激光器,切割速度为120-125 英寸/分(IPM)。用2.5" 的正弯月透镜是光束焦距于PMC材料表面下1 mm (0.04")下,由此可产生100um (0.004") 的光斑和1.8 mm (0.07") 的焦深。
用空气作为辅助气体切割PMC编织材料
 辅助气体换为高压氮气以减少切边碳化
        第一张图片是PMC编织材料用40-PSI的空气作为辅助气体切割的情况,切边处有轻微的碳化现象,这是典型的化学降解切割法造成的,激光能量将材料降解并被辅助气体清除。由于这个应用中切边的质量非常重要,因此我们将辅助气体换成高压氮气。在第二副图片中我们可以看到,高压氮气(180 PSI)能显著减少PMC材料切边的碳化。
        必须注意的是虽然使用高压氮气后气体消耗量增加了355% (N2 的流速为2.73 CFM @ 180PSI;空气的流速为0.77 CFM @ 40 PSI),高纯度氮气较呼吸级空气而言的相对成本增加了200% ,但切边质量却大大改善。

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