DE102014119075B4 - Method for laser beam cutting of a textile semifinished product - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Laserstrahlschneiden eines textilen Halbzeugs (12) eines faserverstärkten Kunststoffteils, das mehrere übereinanderliegende textile Lagen (16) aufweist, wobei ein Laserstrahl (20) in einer Schnittrichtung (S) längs und parallel zu einer Schnittkante (28) bahnweise über das Halbzeug (12) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (12) mehrfach vom Laserstrahl (20) überfahren wird, wobei der Laserstahl (20) nach jeder Überfahrt quer zur Schneidrichtung versetzt wird, um eine parallele Bahn zu fahren.Method for laser beam cutting of a textile semifinished product (12) of a fiber-reinforced plastic part, which has a plurality of superimposed textile layers (16), wherein a laser beam (20) in a cutting direction (S) along and parallel to a cutting edge (28) web by way of the semifinished product (12 ), characterized in that the semi-finished product (12) is run over several times by the laser beam (20), wherein the laser steel (20) is offset after each crossing transversely to the cutting direction to drive a parallel path.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschneiden eines textilen Halbzeugs eines faserverstärkten Kunststoffteils, das mehrere übereinanderliegende textile Lagen aufweist, wobei der Laser in einer Schnittrichtung längs und parallel zur Schnittkante über das Halbzeug geführt wird.The invention relates to a method for laser beam cutting of a textile semifinished product of a fiber-reinforced plastic part, which has a plurality of superimposed textile layers, wherein the laser is guided in a cutting direction along and parallel to the cutting edge on the semifinished product.
Zum Zuschneiden von textilen Halbzeugen für faserverstärkte Kunststoffteile sind verschiedene Schneidverfahren bekannt. Neben mechanischen Schneidverfahren, beispielsweise Ultraschallschneidverfahren, werden häufig Laserschneidverfahren angewendet. Diese bieten den Vorteil, dass keine mechanische Beanspruchung der Halbzeuge erfolgt, so dass beispielsweise ein Verschieben der einzelnen textilen Lagen während des Schneidevorgangs zuverlässig ausgeschlossen werden kann.For cutting textile semi-finished products for fiber-reinforced plastic parts, various cutting methods are known. In addition to mechanical cutting processes, for example ultrasonic cutting processes, laser cutting processes are frequently used. These offer the advantage that no mechanical stress on the semi-finished products, so that, for example, a displacement of the individual textile layers during the cutting process can be reliably excluded.
Die textilen Lagen können beispielsweise gewebt oder durch ein Gestrickt oder Gelege gebildet sein.The textile layers may for example be woven or formed by a knitted or scrim.
Des Weiteren ist aus der
Problematisch bei diesem Laserschneidverfahren ist aber, dass an der Schnittkante jeweils ein sehr hoher Wärmeeintrag erfolgt. Dies führt bei textilen Halbzeugen zu einem thermisch bedingten Verbinden der textilen Lagen im Bereich der Schnittkante, wodurch es zu einer Versiegelung der Schnittkante kommen kann. Wird das Halbzeug anschließend mit Harz benetzt, kann dieses über die Schnittkante nicht oder nur unzureichend in das Halbzeug eindringen.However, the problem with this laser cutting method is that a very high heat input takes place at the cutting edge. In the case of semi-finished textile products, this leads to thermally induced bonding of the textile layers in the area of the cut edge, as a result of which sealing of the cut edge can occur. If the semifinished product is subsequently wetted with resin, it can not penetrate into the semifinished product beyond the cut edge, or only insufficiently.
Aus der
Dieses Verfahren führt aber zu einem ungleichmäßigen Schnittrand.However, this method leads to an uneven cut edge.
Die
Aus der
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zum Laserstrahlschneiden eines textilen Halbzeugs eines faserverstärkten Kunststoffteils vorgesehen, das mehrere übereinanderliegende textile Lagen aufweist, wobei der Laserstrahl in einer Schnittrichtung längs und parallel zu einer Schnittkante bahnweise über das Halbzeug geführt wird. Erfindungsgemäß wird der Schnittspalt im textilen Halbzeug nicht bei einer Überfahrt mit dem Laserstrahl hergestellt. Vielmehr wird das Halbzeug mehrmals mit dem Laserstrahl überfahren. Da der Laserstrahl nach jeder Überfahrt quer zur Schnittrichtung versetzt wird, um eine parallele Bahn zu fahren, entsteht ein breiter Schnittspalt, durch den ein Verkleben bzw. Verschmelzen der Schnittränder verhindert wird. Durch das mehrfache Überfahren des textilen Halbzeugs wird zudem der Wärmeeintrag pro Überfahrt reduziert, sodass die Wärmebelastung auf das faserverstärkte Kunststoffteil bzw. das Halbzeug reduziert wird.To achieve the object, a method for laser beam cutting of a textile semifinished product of a fiber-reinforced plastic part is provided which has a plurality of superimposed textile layers, wherein the laser beam is guided in a cutting direction along and parallel to a cutting edge webwise over the semifinished product. According to the invention, the kerf in the textile semifinished product is not produced when traveling with the laser beam. Rather, the semi-finished product is run over several times with the laser beam. Since the laser beam is offset after each crossing transversely to the cutting direction to drive a parallel path, creating a wide kerf, through which a gluing or merging of the cut edges is prevented. By repeatedly driving over the textile semi-finished product, the heat input per crossing is also reduced, so that the heat load on the fiber-reinforced plastic part or the semi-finished product is reduced.
Der Versatz des Laserstrahls nach jeder Überfahrt beträgt vorzugsweise zwischen 3/10 und 3/100 mm. Dadurch ist ein gleichmäßiger Materialabtrag möglich.The offset of the laser beam after each pass is preferably between 3/10 and 3/100 mm. As a result, a uniform material removal is possible.
Für das Verfahren kann beispielsweise ein gepulster Laserstrahl verwendet werden.For example, a pulsed laser beam can be used for the method.
Alternativ ist es aber auch möglich, einen kontinuierlich emittierten Laserstrahl zu verwenden.Alternatively, it is also possible to use a continuously emitted laser beam.
Um eine möglichst flexible Schnittführung des Laserstrahls zu ermöglichen, wird der Laserstrahl vorzugsweise über eine Optik, insbesondere Spiegeloptik, umgelenkt. Eine solche Optik ermöglicht auch bei stationärer Positionierung des Lasers eine individuelle Führung des Laserstrahls über das zu bearbeitende Halbzeug.In order to enable the most flexible possible cutting of the laser beam, the laser beam is preferably deflected via an optical system, in particular mirror optics. Such optics also allow for stationary positioning of the laser individual guidance of the laser beam over the semi-finished product to be processed.
Vorzugsweise ist die Optik auf einer automatisierten, frei programmierbaren Verstellvorrichtung angeordnet, die relativ zum textilen Halbzeug bewegt werden kann, so dass die Optik beliebig über dem zu bearbeitenden Halbzeug positioniert und bewegt werden kann.Preferably, the optics is arranged on an automated, freely programmable adjusting device, which can be moved relative to the semi-finished textile, so that the optics arbitrarily above the can be positioned and moved to be processed semi-finished product.
Die Optik kann beispielsweise mit der Verstellvorrichtung an eine definierte Position verfahren werden, und anschließend wird der Laserstrahl durch Verschwenken der Optik, die in der definierten Verfahrposition verbleibt, über das Halbzeug bewegt werden. In dieser Ausführungsform wird die Verstellvorrichtung lediglich vor dem Schneidvorgang bewegt und zur Positionierung der Optik verwendet. Während des Schneidevorgangs erfolgt die Führung des Laserstrahls ausschließlich über die Optik, die den Laserstrahl ablenkt. Wird die Verstellvorrichtung bewegt, wird vorab der Laser ausgeschaltet und erst nach Erreichen einer neuen definierten Position eingeschaltet und mittels der Optik über das Halbzeug bewegt. Durch dieses Verfahren kann der Rechen- und Steueraufwand zur Schnittführung des Lasers auf dem Halbzeug reduziert werden, da lediglich die Bewegung der Optik berechnet werden muss.The optics can be moved, for example with the adjustment to a defined position, and then the laser beam will be moved by pivoting the optics, which remains in the defined position, over the semifinished product. In this embodiment, the adjusting device is moved only before the cutting operation and used for positioning the optics. During the cutting process, the laser beam is guided only by the optics, which deflects the laser beam. If the adjusting device is moved, the laser is switched off in advance and switched on only after reaching a new defined position and moved by the optics on the semi-finished product. By this method, the arithmetic and control effort for cutting the laser on the semifinished product can be reduced, since only the movement of the optics must be calculated.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Optik mit der Verstellvorrichtung über das Halbzeug verfahren wird und der Laserstrahl gleichzeitig durch Verschwenken der Optik relativ zur Verstellvorrichtung abgelenkt wird. Dieses Verfahren ermöglicht auch komplexere Schnittführung, da der Laserstrahl flexibler abgelenkt werden kann.Alternatively, it is also possible that the optics is moved with the adjusting device over the semi-finished product and the laser beam is deflected at the same time by pivoting the optics relative to the adjusting device. This method also allows for more complex cutting, as the laser beam can be deflected more flexibly.
Um den Wärmeeintrag während des Laserstrahlschneidens zu reduzieren, ist es auch möglich, dass die Einschnitttiefe stufenweise vergrößert wird. Dadurch wird der Wärmeeintrag in die textilen Lagen des Halbzeugs pro Überfahrt reduziert. Es ist beispielsweise möglich, dass in der oder den obersten textilen Lagen erst die gesamte Schnittbreite mit einer Einschnitttiefe hergestellt wird und danach in unteren, freigelegten textilen Lagen geschnitten und abgetragen wird, zum Beispiel auch indem für die tieferen Schnitte am Außenrand ein Versatz erzeugt wird, so dass die Vertiefung stufenweise tiefer wird.In order to reduce the heat input during the laser beam cutting, it is also possible that the cutting depth is gradually increased. As a result, the heat input is reduced in the textile layers of the semifinished product per crossing. It is possible, for example, for the entire cut width to be produced at one cut depth in the top textile layer (s) and then cut and removed in lower, uncovered textile layers, for example by creating an offset for the deeper cuts at the outside edge. so that the depression becomes gradually deeper.
Alternativ kann auch erst ein Einschnitt auf die endgültige Tiefe hergestellt werden, und anschließend wird der Laser quer zur Schneidrichtung versetzt.Alternatively, an incision can be made only to the final depth, and then the laser is offset transversely to the cutting direction.
Vorzugsweise erfolgt die Schnittführung so, dass die einzelnen textilen Lagen des Halbzeugs nacheinander bei verschiedenen Überfahrten geschnitten werden.Preferably, the cut is made so that the individual textile layers of the semifinished product are cut successively at different crossings.
Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:Further advantages and features can be found in the following description in conjunction with the accompanying drawings. In these show:
In
Das textile Halbzeug
Durch das Werkzeug
Das Werkzeug
Um den Laserstrahl
Alternativ ist es auch denkbar, dass während die Optik
Durch letztgenannte Ausführungsform ist es möglich, kompliziertere Schnittformen, insbesondere bei dreidimensionalen Halbzeugen, herzustellen. Der Rechenaufwand zur Steuerung des Laserstrahl
Unabhängig von der Art der Führung des Laserstrahl
Anschließend erfolgt eine weitere Überfahrt, wobei der Laserstrahl
Das Verbreitern des Schnittspaltes
Dadurch kann bei einem anschließenden Benetzen des Halbzeugs
Die Schnitttiefe des Laserstrahls
Die Schnitttiefe kann so eingestellt werden, dass bei jeder Überfahrt eine oder mehrere textile Lagen
Es ist beispielsweise auch denkbar, die Einschnitttiefe stufenweise zu vergrößern, wobei jeweils ein Materialabtrag in mehreren Bahnen über die gesamte Schnittbreite b erfolgt und anschließend eine oder mehrere tiefere Lagen des Halbzeugs
Zum Schneiden kann ein beliebiger Laser verwendet werden, beispielsweise ein gepulster Laserstrahl
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