作為被動(dòng)安全系統(tǒng)的一部分,汽車安全氣囊對(duì)提高乘客安全性起到了非常重要的作用。這些各式各樣的安全氣囊需要高效靈活的加工解決方案。
在汽車內(nèi)飾中,有一些織物的切割在傳統(tǒng)上一般采用機(jī)械模切的方式,如汽車地毯、汽車座墊 和安全氣囊織物。激光切割在金屬加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如今,這種高效的加工工藝已經(jīng)逐漸應(yīng)用到汽車織物如安全氣囊的切割加工中。
激光切割系統(tǒng)與機(jī)械式模切系統(tǒng)相比具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。首先,激光系統(tǒng)不采用切割模具,這不僅節(jié)省了模具本身的成本,還不會(huì)出現(xiàn)因模具制造而導(dǎo)致的生產(chǎn)計(jì)劃的延誤。另外,機(jī)械模切系統(tǒng)還存在許多自身的局限性,這源于其通過(guò)切割工具與材料之間的接觸進(jìn)行加工的特性。與機(jī)械模切的接觸式加工方式不同的是,激光切割通過(guò)聚焦鏡將激光束聚焦在材料表面,使材料熔化,同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料,并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而形成一定形狀的切縫。因此,激光切割是一個(gè)加熱分離的過(guò)程,在安全氣囊等織物切割時(shí),材料熔化后分離,因此切割邊緣不會(huì)出現(xiàn)類似機(jī)械切割方式導(dǎo)致的毛邊現(xiàn)象。
此外,在激光切割過(guò)程中,織物的熔點(diǎn)比金屬低,因此激光光束的強(qiáng)度要求也不高,功率在幾百瓦左右的連續(xù)激光器都可以滿足要求,比如可以采用功率為300W的CO2激光器,切割速度可以達(dá)到5m/min。
不過(guò),一般的激光切割機(jī)在織物切割過(guò)程中由于設(shè)計(jì)的局限性未必能夠發(fā)揮其應(yīng)有的性能。常見(jiàn)的激光切割機(jī)都采用龍門架結(jié)構(gòu),X和Y軸用于移動(dòng)激光器和待切割材料。受制于這種結(jié)構(gòu),激光焦點(diǎn)在材料上的動(dòng)態(tài)性能就很差,因此在切割半徑較小的弧線或幾何圖形時(shí),速度就很難提高,而且光束路徑的準(zhǔn)確性也不高。不過(guò),一些激光切割機(jī)制造商采取了一些應(yīng)對(duì)的方法,比如采用更牢固的機(jī)器結(jié)構(gòu)、提高軸的驅(qū)動(dòng)力、采用碳纖維增強(qiáng)材料部件來(lái)降低機(jī)器整體的重量,或者采用多層切割的方式。
多層切割系統(tǒng)的發(fā)展提高了織物激光切割的效率,可以同時(shí)切割最多30層的織物。多層切割的優(yōu)勢(shì)很明顯——較單層切割相比,多層切割可以大大提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。不過(guò),該生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜,因?yàn)樵谇懈钔瓿珊蟊仨氝M(jìn)行材料的分離,而單層有時(shí)候還要被中間層再分開(kāi)。此外,切割質(zhì)量很難做到一致,因此只能根據(jù)對(duì)切割質(zhì)量的要求來(lái)決定同時(shí)切割的層數(shù)。這也限制了激光切割的潛在加工效率和性能。
德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)位于德累斯頓市的材料和射線研究所試圖將用于激光打標(biāo)行業(yè)的振鏡掃描儀應(yīng)用到織物激光切割系統(tǒng)中,來(lái)解決上述激光切割具有的局限性。研究人員發(fā)現(xiàn),解決激光焦點(diǎn)動(dòng)態(tài)性能差問(wèn)題的根本是采用高動(dòng)態(tài)光束折射方法,即采用快速傾斜反射鏡將激光光束折射到材料上。折射鏡隨著振鏡掃描儀移動(dòng),其質(zhì)量較輕,因此即使在較高的切割速度下,光束的移動(dòng)也很準(zhǔn)確。大概可以實(shí)現(xiàn)10g的加速度。這樣的動(dòng)態(tài)性能在不采用切割輔助氣的情況也可以實(shí)現(xiàn),不過(guò)在切割邊緣上的殘留材料需要被完全氣化掉。
在這種遠(yuǎn)程激光加工中,一般采用連續(xù)激光輻射方式,功率可以達(dá)到幾千瓦。加工距離可以達(dá)到2m,范圍可達(dá)1m×1m。更高的激光功率與更長(zhǎng)焦距相結(jié)合,提供了更高的光束質(zhì)量,因此在織物加工中能實(shí)現(xiàn)每秒切割數(shù)米的切割速度。
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