CN115740782A - 碳纤维产品的激光切割工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种碳纤维产品的激光切割工艺，属于激光加工技术领域，本申请将热压成型后的碳纤维产品放置在激光切割机的工作台面上；启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割。可以理解，采用激光对碳纤维产品进行切割，属于非接触式切割，完全避免了使用加工刀具切割时，由于刀具的切割纹路以及接触式的摩擦而产生的分层和起皮等问题，不会导致碳纤维产品的损坏。
Description
技术领域
本申请涉及激光加工技术领域，特别涉及一种碳纤维产品的激光切割工艺。
背景技术
目前，热压成型后的碳纤维产品是一个完整的片材，且产品边缘可能会有余料，因此，需要对热压成型后的碳纤维产品的余料进行切割，或者通过切割得到需要的结构部件。
传统的切割方法是使用CNC(Computernumericalcontrol，计算机数字控制机床)加工中心的加工刀具进行切割，而用于制备碳纤维产品的碳纤维材料通常是由多层碳纤维片材粘合而成的，因此，使用加工刀具在碳纤维产品上进行切割时，会导致碳纤维产品出现分层和起皮等问题。
上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
申请内容
本申请的主要目的是提供一种碳纤维产品的激光切割工艺，旨在解决现有技术中切割方法不当导致碳纤维产品损坏的技术问题。
为实现上述目的，本申请提出的碳纤维产品的激光切割工艺，所述碳纤维产品的激光切割工艺包括以下步骤：
将热压成型后的碳纤维产品放置在激光切割机的工作台面上；
启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割。
可选地，所述激光器发射的激光为紫外激光。
可选地，所述启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割的步骤之前，所述方法还包括：
基于所述碳纤维产品的类型以及碳纤维产品的厚度设定切割参数；
所述启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割的步骤，包括：
启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及所述切割参数对所述碳纤维产品进行切割。
可选地，所述启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及所述切割参数对所述碳纤维产品进行切割的步骤，包括：
启动激光切割机，运行预设激光切割程序，所述激光切割机基于对所述碳纤维产品的3D模型分析得到的切割高度，自动调节所述切割过程中所使用的激光的切割焦距；
所述激光切割机按照预设切割路径，所述切割参数以及所述切割焦距，对所述碳纤维产品进行切割。
可选地，所述启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及所述切割参数对所述碳纤维产品进行切割的步骤之前，所述方法还包括：
将所述碳纤维产品的3D模型输入至预设图像分析软件，基于所述预设图像分析软件对所述3D模型进行分析，得到所述碳纤维产品的外轮廓线；
将所述外轮廓线作为所述切割路径，并将所述切割路径导入至所述预设激光切割程序。
可选地，所述切割参数包括切割速度，所述切割速度为100-200毫米/秒。
可选地，所述切割参数还包括切割次数，所述切割次数为50-60次。
可选地，所述切割参数还包括切割功率的占空比，所述切割功率的占空比为60％-85％。
可选地，所述切割参数还包括切割频率，所述切割频率为20-30KHZ。
可选地，所述激光的输出功率为15-20瓦特。
本申请提出一种碳纤维产品的激光切割工艺，相较于现有技术中使用加工刀具在碳纤维产品上进行切割时，会导致碳纤维产品出现分层和起皮等问题，本申请将热压成型后的碳纤维产品放置在激光切割机的工作台面上；启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割。可以理解，采用激光对碳纤维产品进行切割，属于非接触式切割，完全避免了使用加工刀具切割时，由于刀具的切割纹路以及接触式的摩擦而产生的分层和起皮等问题，不会导致碳纤维产品的损坏。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请碳纤维产品的激光切割工艺第一实施例的流程示意图；
图2为本申请碳纤维产品的激光切割工艺第三实施例的场景示意图。
本申请目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供了一种碳纤维产品的激光切割工艺，参照图1，图1为本申请碳纤维产品的激光切割工艺第一实施例的流程示意图。
在本实施例中，碳纤维产品是由碳纤维材料制备而成的产品，碳纤维材料是一种含碳量在95％以上的高强度，高模量纤维的新型纤维材料。碳材料具有高硬度、重量轻、高耐化学性、耐高温等特性。随着碳纤维材料的发展，碳纤维材料不仅具有碳材料固有的特性，还具有纤维的柔软可加工性，因此，碳纤维材料被广泛运用在国防、军工、航天、汽车、电子产品等各个行业。
具体地，完成一个碳纤维产品的制备需要经过以下几个步骤：碳纤维材料的浸泡，预浸料的裁剪，碳纤维材料的热压成型，热压成型后的碳纤维产品的切割，切割后碳纤维产品的清洗。
具体地，碳纤维材料的浸泡是将碳纤维片材浸泡至粘胶溶液中，使碳纤维片材能够牢固得粘接为满足产品所需厚度的碳纤维预浸料。碳纤维预浸料裁切是将碳纤维预浸料按照产品所需尺寸进行裁切。碳纤维材料的热压成型是将裁切后的碳纤维预浸料放置在热压机的模具上，在温度为150-170摄氏度压力为50-60千克牛/平方厘米的条件下热压3-5分钟，由于碳纤维材料为热固型材料，因此，经过热压后，碳纤维材料固化形成初步的产品形态，开模取下热压成型后的碳纤维产品。此时碳纤维产品只具备产品最大的外形轮廓，且产品边缘可能会有余料，因此，需要对热压成型后的碳纤维产品的余料进行切割，或者通过切割得到需要的结构部件。在对热压成型后的碳纤维产品进行切割时，传统行业采用是的CNC加工工艺，使用CNC加工中心的加工刀具进行切割，而用于制备碳纤维产品的碳纤维材料通常是由多层碳纤维片材粘合而成的，因此，使用加工刀具在碳纤维产品上进行切割时，会导致碳纤维产品出现分层和起皮等问题。切割后碳纤维产品的清洗可以是将其放入清洗筐中，将清洗筐放入清洗设备中，该清洗设备设有多个清洗槽，清洗筐按预设清洗顺序对该碳纤维产品进行清洗，具体地，可以是水洗槽，酒精清洗槽，烘干槽等，具体不做限定。
在本实施例中，主要传统行业针对热压成型后的碳纤维产品进行切割时，可能导致碳纤维产品出现分层和起皮等问题，对产品造成破坏，影响产品的品质。本申请提供一种碳纤维产品的激光切割工艺，所述碳纤维产品的激光切割工艺包括：
步骤S10、将热压成型后的碳纤维产品放置在激光切割机的工作台面上；
作为一种示例，激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到碳纤维产品表面，使碳纤维产品的碳纤维材料达到熔点或沸点，以实现材料切割的目的。
作为一种示例，激光切割机在对热压成型后的碳纤维产品进行切割时，由设备轴移动碳纤维产品配合激光进行切割，该设备轴包括X轴，Y轴，Z轴，R轴，U轴。
在本实施例中，所述激光切割机的设备轴的重复精度小于等于0.02毫米，即对同一部位的重复切割的位置相较于第一次切割的位置偏差小于等于0.02毫米。因此，使用激光切割机对热压成型后的碳纤维产品进切割的精度较高，降低损伤材料表面的概率。
步骤S20、启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割。
作为一种示例，采用激光对热压成型后的碳纤维产品进行切割，属于非接触式切割，激光刀头的机械部分与工件无接触，在工作中不会对工件表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；且，由于碳纤维材料具备耐高温的特性，激光产生的切割热影响范围较小，板材变形程度小，切缝窄；切口没有机械应力，无剪切毛刺。完全避免了使用加工刀具切割时，由于碳纤维材料是由多层碳纤维片材粘接而成的特点，刀具的切割纹路以及接触式的摩擦会导致碳纤维产品产生的分层和起皮等问题，不会导致碳纤维产品的损坏。
在本实施例中，所述激光器发射的激光为紫外激光。
作为一种示例，紫外激光波长为355纳米，具有短波长、短脉冲的特点。紫外激光与绿光、红外相比，具有更小的热效应，随着激光波长的变短，碳纤维材料具有更高的吸收率。且，紫外激光能够限制热应力，在加工的时候，减少对碳纤维材料的损坏，保持碳纤维产品的完整性。紫外激光与碳纤维材料发生作用时，不仅是用热量烧蚀、气化材料，其紫外辐射能够改变分子链结构，实现更好地切割效果。
作为一种示例，所述激光器发射紫外激光的输出功率为15-20瓦特。若输出功率过高，则会导致激光产生的热能量较高，在切割过程中会对碳纤维材料产生损坏，若输出功率过低，则会导致对碳纤维材料的切割不到位，具体地，所述激光器发射紫外激光的输出功率可以为15瓦特、17瓦特、18瓦特等，具体不做限定。
在本实施例中，采用激光，尤其是紫外激光对对热压成型后的碳纤维产品进行切割，能够减少对碳纤维材料的损坏，保持碳纤维产品的完整性。
进一步地，本申请实施例在碳纤维产品的激光切割工艺的上述实施例的基础上，还提供了第二实施例。
在本实施例中，所述启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割的步骤之前，所述方法还包括：
步骤S30：基于所述碳纤维产品的类型以及碳纤维产品的厚度设定切割参数；
作为一种示例，启动激光切割机之前，由于制备不同的碳纤维产品所用的碳纤维材料的厚度不同，以及不同碳纤维产品所要求的品质不同，导致切割精度不同，因此，需要在预设激光切割程序中基于所述碳纤维产品的类型以及碳纤维产品的厚度设定切割参数。
在本实施例中，所述切割参数包括切割速度，所述切割速度为100-200毫米/秒。
具体地，所述切割速度过快会导致产品切割不彻底，切割速度过慢会影响加工周期，所述切割速度可以为120毫米/秒，150毫米/秒或者180毫米/秒等，具体不做限定。
在本实施例中，所述切割参数还包括切割次数，所述切割次数为50-60次。所述切割次数可以根据碳纤维材料的厚度以及碳纤维产品所要求的品质进行调整，一般地，在保证产品品质的前提下，切割次数为50-60次。
具体地，对碳纤维产品的某一结构的切割次数可以为50次，55次或60次等，具体不做限定。
在本实施例中，所述切割参数还包括切割功率的占空比，所述切割功率的占空比为60％-85％。
作为一种示例，切割功率的占空比为切割功率占切割总功率的百分比，切割功率的占空比过低导致产品无法切割，切割功率过高会导致激光切割机的寿命降低，在保证产品品质和设备寿命的前提下设定切割功率的占空比在60％-85％内。
具体地，所述切割功率的占空比可以为65％，70％，75％等，具体不做限定。
在本实施例中，所述切割参数还包括切割频率，所述切割频率为20-30KHZ。
作为一种示例，切割频率越低会导致切割功率的占空比越高，因此根据所述切割功率的占空比设定切割频率为20-30KHZ。
具体地，当设定切割功率的占空比为65％时，切割频率为28KHZ；当设定切割功率的占空比为70％时，切割频率为25KHZ；当设定切割功率的占空比为75％时，切割频率为22KHZ，具体不做限定。
在本实施例中，所述启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割的步骤，包括：
步骤S40：启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及所述切割参数对所述碳纤维产品进行切割。
作为一种示例，启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及上述设定好的切割参数对所述碳纤维产品进行切割。
在本实施例中，通过启动激光切割机，运行预设激光切割程序，可以加工不同的碳纤维产品，可以在同一工作台面上加工同一碳纤维产品的不同结构，能够对幅面较大的碳纤维板材进行切割，在热压成型后无需开模即可直接进行切割，而通过CNC加工中心进行切割时需要不同的加工工位对不同的部件进行加工。因此，相较于通过CNC加工中心进行切割，通过运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及上述设定好的切割参数对所述碳纤维产品进行切割的周期更短，更利于工业化生产。
进一步地，本申请实施例在碳纤维产品的激光切割工艺的上述实施例的基础上，还提供了第三实施例。
在本实施例中，所述启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及所述切割参数对所述碳纤维产品进行切割的步骤之前，所述方法还包括：
步骤S50：将所述碳纤维产品的3D模型输入至预设图像分析软件，基于所述预设图像分析软件对所述3D模型进行分析，得到所述碳纤维产品的外轮廓线；
作为一种示例，预设图像分析软件可以是2D画图软件或者2D图像提取软件等，具体不做限定。
作为一种示例，将所述碳纤维产品的3D模型输入至预设图像分析软件，基于所述预设图像分析软件对所述3D模型进行分析，得到所述碳纤维产品的外轮廓线，具体地，所述外轮廓线包括所述碳纤维产品的最大外轮廓线，还包括所述碳纤维产品各个结构的外轮廓线。
步骤S60：将所述外轮廓线作为所述切割路径，并将所述切割路径导入至所述预设激光切割程序。
作为一种示例，所述切割路径可以是按碳纤维产品各个结构的分布按方向顺序进行排列，还可以是按最短加工路径进行排列的，具体不做限定。
作为一种示例，将所述外轮廓线作为所述切割路径，并将所述切割路径导入至所述预设激光切割程序。
作为一种示例，当运行所述预设激光切割程序时，激光切割机即可按所述切割路径对碳纤维产品进行切割。
在本实施例中，传统使用激光切割机时，需要由操作人员针对不同产品以及不同结构，在激光切割程序中手动画出切割路径，然而这种方式无法保证切割精度，且过程较为繁琐，耗时较长。使用上述方式确定切割路径，能够提高激光切割的精度，提高切割路径的设定效率。
在本实施例中，所述启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及所述切割参数对所述碳纤维产品进行切割的步骤，包括：
步骤S70：启动激光切割机，运行预设激光切割程序，所述激光切割机基于对所述碳纤维产品的3D模型分析得到的切割高度，自动调节所述切割过程中所使用的激光的切割焦距；
作为一种示例，传统的激光切割机无法控制激光器发射出的激光的焦距，因此，只能对处在同一高度的材料表面进行切割，这种切割方式效率较低。本实施例中采用的激光切割机能够基于对所述碳纤维产品的3D模型分析得到的切割高度，自动调节所述切割过程中所使用的激光的切割焦距。
具体地，参照图2，该激光切割机具有光束扩展器(Beam expander)，反射器(Reflecto)，扫描仪(Scanner)，平场聚焦透镜(F-Theta)。激光器将激光束在整个切割平面内形成均匀大小的聚焦光斑，在没有变形的情况下，聚焦点的位置取决于平场聚焦透镜的焦距以及偏转角的切线，聚焦点的位置仅取决于焦距和偏转角，因此，当处于切割路径上的碳纤维产品的高度不同时，通过调节平场聚焦透镜的焦距以及偏转角的切线，即可自动调节所述切割过程中所使用的激光的切割焦距，以使激光束聚焦在当前切割的碳纤维产品的切割高度。若激光束聚焦的焦点与切割高度不同，则会导致激光切割的强度降低，可能导致无法切割碳纤维产品或者切割不到位。
步骤S80：所述激光切割机按照预设切割路径，所述切割参数以及所述切割焦距，对所述碳纤维产品进行切割。
作为一种示例，启动激光切割机，运行预设激光切割程序，所述激光切割机按照预设切割路径，所述切割参数以及所述切割焦距，对所述碳纤维产品进行切割，即可自动进行切割，且满足对碳纤维产品的切割精度，提升了产品切割的品质，且提高了切割效率。
在本实施例中，使用上述方式确定切割路径，能够提高激光切割的精度，提高切割路径的设定效率。在切割过程中，基于对所述碳纤维产品的3D模型分析得到的切割高度，自动调节所述切割过程中所使用的激光的切割焦距。所述激光切割机按照预设切割路径，所述切割参数以及所述切割焦距，对所述碳纤维产品进行切割，即可自动进行切割，且满足对碳纤维产品的切割精度，提升了产品切割的品质，且提高了切割效率。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述碳纤维产品的激光切割工艺包括以下步骤：
将热压成型后的碳纤维产品放置在激光切割机的工作台面上；
启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割。
2.如权利要求1所述的碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述激光器发射的激光为紫外激光。
3.如权利要求1所述的碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割的步骤之前，所述方法还包括：
基于所述碳纤维产品的类型以及碳纤维产品的厚度设定切割参数；
所述启动激光切割机，激光切割机通过激光器发射的激光对所述碳纤维产品进行切割的步骤，包括：
启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及所述切割参数对所述碳纤维产品进行切割。
4.如权利要求3所述的碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及所述切割参数对所述碳纤维产品进行切割的步骤，包括：
启动激光切割机，运行预设激光切割程序，所述激光切割机基于对所述碳纤维产品的3D模型分析得到的切割高度，自动调节所述切割过程中所使用的激光的切割焦距；
所述激光切割机按照预设切割路径，所述切割参数以及所述切割焦距，对所述碳纤维产品进行切割。
5.如权利要求3所述的碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述启动激光切割机，运行预设激光切割程序，激光切割机按照预设切割路径以及所述切割参数对所述碳纤维产品进行切割的步骤之前，所述方法还包括：
将所述碳纤维产品的3D模型输入至预设图像分析软件，基于所述预设图像分析软件对所述3D模型进行分析，得到所述碳纤维产品的外轮廓线；
将所述外轮廓线作为所述切割路径，并将所述切割路径导入至所述预设激光切割程序。
6.如权利要求3所述的碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述切割参数包括切割速度，所述切割速度为100-200毫米/秒。
7.如权利要求6所述的碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述切割参数还包括切割次数，所述切割次数为50-60次。
8.如权利要求7所述的碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述切割参数还包括切割功率的占空比，所述切割功率的占空比为60％-85％。
9.如权利要求8所述的碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述切割参数还包括切割频率，所述切割频率为20-30KHZ。
10.如权利要求1所述的碳纤维产品的激光切割工艺，其特征在于，所述激光的输出功率为15-20瓦特。
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