Процесс производства деталей из углепластика (УПК) включает три ключевых этапа: механическую обработку на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), лазерную обработку с использованием волоконного лазера с ультракороткими импульсами (USP) и автоматизированное управление, интегрированные в единую роботизированную систему. Все промежуточные этапы выполняются в автоматическом режиме.
Углепластики представляют собой композиционные материалы, сочетающие высокую прочность, жесткость и низкий удельный вес. Однако, несмотря на их потенциал, широкое внедрение углепластиков в промышленное производство сдерживается из-за высоких первоначальных затрат и технологических сложностей, связанных с их обработкой.
В марте 2017 года Институт лазерных технологий имени Фраунгофера (Fraunhofer ILT) в Германии инициировал проект "CarboLase" в сотрудничестве с четырьмя партнерами. Основной целью проекта является повышение эффективности и точности производства углепластиковых деталей, а также снижение производственных затрат.
Традиционная технология сборки углепластиковых деталей предполагает предварительное сверление отверстий в готовом модуле с последующим монтажом металлических крепежных элементов. Для замены металлических деталей на углепластиковые требуется разработка надежных и съемных соединений.
Проект "CarboLase" предложил инновационное решение, интегрирующее крепежные элементы в текстильные заготовки. В рамках данной технологии конечная деталь из углепластика формируется путем разрезания, укладки, сборки текстиля и последующего отверждения с интегрированными крепежными элементами. Этот метод позволяет сократить производственную цепочку, однако требует высокой точности при вырезке крепежных элементов.
Команда проекта "CarboLase" разработала комплексную технологию, объединяющую механическую обработку на станках с ЧПУ, лазерную обработку и автоматизированное управление в единой роботизированной системе. Процедура изготовления заготовки включает разрезание, укладку и сборку текстильных материалов, а высокоточные вырезы для металлических крепежных элементов выполняются с использованием волоконного лазера USP.
Волоконный лазер с ультракороткими импульсами является высокоэффективным инструментом для обработки текстиля, однако его применение требует интеграции в роботизированную систему. Специалисты Fraunhofer ILT и Amphos разработали технологию подключения лазерного луча USP к роботизированному оборудованию.
Для демонстрации эффективности разработанной технологии партнеры проекта провели испытания на автокомпоненте стойки (B-pillar), результаты которых были подвергнуты механическим испытаниям. Анализ показал, что соединения, созданные с использованием метода "CarboLase", обладают улучшенными характеристиками по сравнению с традиционными методами. Блокирующее соединение, сформированное по данной технологии, выдерживает на 50 % больше усилий, что позволяет снизить толщину и массу компонентов.
Еще одним инновационным аспектом проекта является использование лазера USP для обработки текстильных материалов без их повреждения.
Метод "CarboLase" предоставляет дизайнерам большую свободу в выборе размеров и положения крепежных элементов, что упрощает массовую настройку углепластиковых деталей. Применение волоконного лазера USP особенно актуально для легких компонентов в аэрокосмической и автомобильной промышленности, так как позволяет снизить производственные затраты.
В рамках проекта "CarboLase" Институт текстильной технологии в Аахене, совместно с компаниями Fraunhofer ILT, Amphos и Lunovu, разработал роботизированную систему для производства углепластиковых деталей с использованием лазерной обработки. Компания Kohlhage Fasteners разработала интегрированную систему для автоматического развертывания и монтажа крепежных элементов. Институт технологий автоматизации (ITA) отвечает за внедрение автоматизированной цепочки для производства лазерно-обработанных деталей. Проект получил грантовое финансирование в размере около 2 миллионов евро от Европейского фонда регионального развития сроком на два с половиной года.
