JP2016107574A - 繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法及びその高速レーザー加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上述の目的は、以下の第(1)項〜第(4)項によって達成される。
(1)
レーザー発振器から発振された高出力パワーレーザービームを伝送して繊維強化複合材料部材の加工部位へ照射し、加工する方法であって、
前記高出力パワーレーザービームを加工部位上で設計上の加工ラインを中心に一定の間隔を有した多重線状に高速掃引速度で複数パス照射する第一工程と、
前記第一工程の進展に従い、加工深さが順次深くなってきた際に多重線度を低減させる第二工程と、
からなり、
前記第一工程から第二工程に移行するタイミングを、前記多重線度での高速加工領域の加工深さを基準に設定することを特徴とする繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
(2)
前記繊維強化複合材料部材の厚みを、0.5mm以上とすることを特徴とする(1)に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
(3)
前記繊維強化複合材料部材の繊維種を、炭素繊維、ポリアミド繊維、ならびに、ナノセルロースファイバの内から選ばれるいずれか1種とすることを特徴とする(1)に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
(4)
前記レーザー発振器を、平均出力100W以上の1台のファイバレーザー装置とすることを特徴とする(1)に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
(5)
前記高出力パワーレーザービームの高速掃引速度を、5cm/秒以上とすることを特徴とする(1)に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
(6)
前記高速加工領域の加工深さの前記基準を、同一レーザー強度における高速加工領域と、前記高速加工領域より1パス当たりの平均加工深さが浅い低速加工領域の境界である屈曲点としたことを特徴とする(1)に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
(7)
レーザー発振器から発振された高出力パワーレーザービームを伝送して繊維強化複合材料部材の加工部位へ照射し、加工する装置であって、
前記高出力パワーレーザービームを加工部位上で設計上の加工ラインを中心に一定の間隔を有した多重線状に高速掃引速度で複数パス照射する第一加工手段と、
前記第一加工手段の進展に従い、加工深さが順次深くなってきた際に多重線度を低減させる第二加工手段を備えてなり、
前記第一加工手段から第二加工手段に移行するタイミングを、前記多重線度での高速加工領域の加工深さを基準に設定することを特徴とする繊維強化複合材料の高速レーザー加工装置。
とした。
1.CFRP連続繊維材料を加工対象にした際に、同一レーザー強度において、
高速加工領域と、高速加工領域より1パス当たりの平均加工深さが浅い低速加工領域の
2領域が存在する。その境界が屈曲点である。
2.高速加工領域では多重線度の低い照射の方が加工速度は速く、
低速加工領域では多重線度の高い照射の方が加工速度は速い。
3.高速および低速加工の2領域間境界のパス数は、多重線度に依存し、
多重線度の低い照射の方が少ないパス数で領域間境界に早く到達する。
が挙げられる。
厚物の複合材料部材(PAN系CFRP連続繊維材料エポシキ樹脂、厚さ:3mm)に第一段階として二重線加工(平均出力:3kWに固定して照射、レーザー照射線を設計の加工ラインから±0.05mm分離、レーザー光掃引速度は3.6m/秒に設定)を20パスまで実施した。その後、設計上の加工ラインと同一線上の単重線加工での照射を16パス行った。
厚物の複合材料部材(ピッチ系CFRP連続繊維材料エポシキ樹脂、厚さ:3mm)に第一段階として二重線加工(平均出力:3kWに固定して照射、レーザー照射線を設計の加工ラインから±0.05mm分離、レーザー光掃引速度は3.6m/秒に設定)を20パスまで実施した。その後、設計の加工ラインと同一線上の単重線加工での照射を20パス行った。
厚物の複合材料部材(CFRP連続繊維材料、厚さ:3mm)に単重線レーザー加工(平均出力:3kWに固定して照射、レーザー光掃引速度は3.6m/秒に設定)を行った。1パス〜15パス照射までは、1パスあたり約0.13mmの深さで加工が深くなっているが、それ以降50パスまでは約0.016mm/パスに加工速度が1/8に低下していることが、マイクロX線CT分析による加工深さの精密測定から判明した(図2)。貫通加工には至らなかった。
厚物の複合材料部材(CFRP連続繊維材料、厚さ:3mm)に二重線レーザー加工(平均出力:3kWに固定して照射、レーザー光掃引速度は3.6m/秒に設定)を行った。レーザー照射線を設計の加工ラインから±0.05mm離した場合(図3)、1パス〜25パス照射までは、1パスあたり約0.10mmの深さで加工が深くなっているが、それ以降50パスまで約0.020mm/パスの加工速度である。貫通加工には至らなかった。
樹脂層を難燃性ポリカーボネート樹脂および短繊維長型の炭素繊維を30%含有するCFRTP材料(熱可塑樹脂型炭素繊維強化複合材料、ペレット原料からのプレス成型平板試験片、厚さ3mm)に対して、単重線レーザー加工(平均出力:1kWに固定して照射)を行った(非特許文献1)。
Claims (7)
- レーザー発振器から発振された高出力パワーレーザービームを伝送して繊維強化複合材料部材の加工部位へ照射し、加工する方法であって、
前記高出力パワーレーザービームを加工部位上で設計上の加工ラインを中心に一定の間隔を有した多重線状に高速掃引速度で複数パス照射する第一工程と、
前記第一工程の進展に従い、加工深さが順次深くなってきた際に多重線度を低減させる第二工程と、
からなり、
前記第一工程から第二工程に移行するタイミングを、前記多重線度での高速加工領域の加工深さを基準に設定することを特徴とする繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。 - 前記繊維強化複合材料部材の厚みを、0.5mm以上とすることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
- 前記繊維強化複合材料部材の繊維種を、炭素繊維、ポリアミド繊維、ならびに、ナノセルロースファイバの内から選ばれるいずれか1種とすることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
- 前記レーザー発振器を、平均出力100W以上の1台のファイバレーザー装置とすることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
- 前記高出力パワーレーザービームの高速掃引速度を、5cm/秒以上とすることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
- 前記高速加工領域の加工深さの前記基準を、同一レーザー強度における高速加工領域と、前記高速加工領域より1パス当たりの平均加工深さが浅い低速加工領域の境界である屈曲点としたことを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料の高速レーザー加工方法。
- レーザー発振器から発振された高出力パワーレーザービームを伝送して繊維強化複合材料部材の加工部位へ照射し、加工する装置であって、
前記高出力パワーレーザービームを加工部位上で設計上の加工ラインを中心に一定の間隔を有した多重線状に高速掃引速度で複数パス照射する第一加工手段と、
前記第一加工手段の進展に従い、加工深さが順次深くなってきた際に多重線度を低減させる第二加工手段を備えてなり、
前記第一加工手段から第二加工手段に移行するタイミングを、前記多重線度での高速加工領域の加工深さを基準に設定することを特徴とする繊維強化複合材料の高速レーザー加工装置。
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