01
Entwodiksyon
Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) konpoze de yon résine ki aji kòm materyèl faz matris la ak fib kabòn ki sèvi kòm materyèl faz ranfòsman. Lè yo konbine pwopriyete materyèl tou de matris la résine ak ranfòsman fib kabòn, CFRP montre karakteristik tankou pwa limyè, rezistans korozyon, rezistans mete, ak dite segondè. Se poutèt sa, li se lajman itilize nan jaden ki gen gwo demand pou lejè estriktirèl -tankou ayewospasyal, endistri otomobil la, konstriksyon bato naval, jenerasyon enèji van, ak jeni sivil. Metòd manifakti prensipal pou materyèl CFRP yo enkli Resin Transfer Moulding (RTM), bòdi otoklav, bòdi sak vakyòm, ak likidasyon filaman; metòd sa yo pèmèt estrikti CFRP yo dwe pwodwi atravè pwosesis pre-net-fòm. Sepandan, nan aplikasyon endistriyèl pratik, pwosesis segondè CFRP anjeneral oblije reyalize jeyometri pati vle a -ki gen ladan karakteristik tankou twou, fant, ak siyon asanblaj- ak satisfè presizyon dimansyon ak tolerans fòm espesifye nan konsepsyon pati a. Akòz diferans enpòtan nan pwopriyete tèmik ak mekanik ant fib kabòn ranfòse ak résine matris nan CFRP, pwosesis segondè sa a prezante defi konsiderab epi li gen tandans fè divès domaj, souvan sa ki lakòz bon jan kalite pwosesis konpwomèt. Se poutèt sa, pou satisfè egzijans dimansyon ak pèfòmans konpozan final yo, li enpòtan anpil pou mennen ankèt sou teknoloji pwosesis pou materyèl CFRP epi pou eksplore metòd pwosesis ki gen bon jan kalite ak efikasite segondè.
02
Mekanis pou retire materyèl nan pwosesis lazè
Avèk aparisyon materyèl jeni avanse ki posede pwopriyete fizik konplèks -tankou Polymers Fibre Kabòn Ranfòse (CFRP)-compétitivité tradisyonèl mekanik D', waterjet D', ak D' elèktrik egzeyat piti piti diminye. Nan pwosesis lazè, retire materyèl fondamantalman enplike absòpsyon, repons, ak transfè enèji lazè nan materyèl la. Pandan pwosesis sa a, lazè a irradie sifas materyèl la, epi elektwon absòbe enèji foton yo. Apre sa, transfè enèji fèt nan kolizyon lasi elèktron -, sa ki lakòz yon ogmantasyon nan tanperati lasi ak yon diminisyon nan tanperati elèktron jiskaske ekilib tèmik etabli ant elektwon yo ak lasi a. Sepandan, paske tanperati a sublimasyon fib kabòn (~ 3600 K) se apeprè senk fwa sa ki nan matris la résine (~ 800 K), opinyon enèji ki nesesè yo retire fib kabòn yo siyifikativman pi gran pase sa ki nesesè pou résine a. Anplis de sa, akòz konduktiviti tèmik anisotropik fib kabòn, chalè ki te pwodwi pandan pwosesis sublimasyon fib kabòn preferansyèlman pwopaje nan matris la résine, ki mennen nan dekonpozisyon résine ak fòmasyon nan sibstans danjere. Chèchè yo pwopoze yon mekanis pou retire CFRP de-etap: piroliz lazè-pwovoke ak èksfolyasyon tèrmomekanik. Plasma ki te pwodwi pandan premye etap ablasyon materyèl la absòbe chalè epi li pwodui onn chok tèmik direksyon. Fib kabòn yo ekspoze pandan pwosesis la yo sibi fòs taye radial, sa ki lakòz ka zo kase frajil ak detachman materyèl.
Lè dire batman lazè a desann pi ba pase 10 ps, dire batman kè a vin pi kout pase tan detant lasi elèktron -, sa ki lakòz mekanis pou retire materyèl la diverge ak ablasyon tèmik tradisyonèl yo. Mekanis pwosesis la ilistre nan Figi 2: materyèl la résine montre konduktiviti elektrik pòv ak yon kantite limite nan elektwon gratis, ak yon bandgap enèji nan 2-4 eV; okontrè, fib kabòn nan posede bon konduktiviti elektrik epi li gen yon sèten kantite elektwon gratis. Pandan iradyasyon lazè, elektwon gratis nan fib kabòn nan absòbe dirèkteman enèji lazè a, sa ki lakòz yon ogmantasyon nan tanperati sistèm elektwon an. Lè enèji yon foton sèl pi ba pase bandgap résine a, elektwon gratis yo pwodwi atravè mekanis iyonizasyon multiphoton (MPI), jan yo montre nan Figi 2 (b). Lè enèji yon sèl foton depase bandgap la, yon sèl -yonizasyon foton domine mekanis eksitasyon elektwon an. Elektwon gratis ki pwodui yo fè kolizyon ak elektwon ki mare yo, transfere enèji atravè ionizasyon enpak; sa deklannche iyonizasyon lavalas-jan sa montre nan Figi 2(c)-ki ogmante siyifikativman dansite elektwon gratis. Pandan faz iradyasyon lazè ultrashort-batman kè a, tanperati lasi a chanje tou dousman akòz inèsi tèmik, pandan y ap tanperati sistèm elèktron a monte rapidman. Tranzisyon faz ki enplike yo enkli tranzisyon faz ki pa-tèmik ak faz tèmik. Si enèji foton lazè a ase wo, elektwon yo absòbe ase enèji pou simonte fòs obligatwa Coulomb nan nwayo atomik yo, ki mennen ale nan ionizasyon tèmik epi kite dèyè yon gwo kantite iyon pozitif. Iyon pozitif sa yo repouse youn ak lòt akòz fòs Coulomb yo, sa ki lakòz yon "eksplozyon Koulomb" ak ablasyon elektwostatik-yon pwosesis ke yo rekonèt kòm "ablation frèt"-jan Figi 2(d) montre. Kòm elèktron -simen enèji lasi a fèt kontinyèlman, tanperati lasi a ap monte piti piti, epi kondiksyon chalè a pran plas ant fib kabòn ak résine a, jan sa montre nan Figi 2(e). Kidonk, lè tanperati a depase yon sèten papòt, tranzisyon faz tèmik-tankou vaporizasyon ak eksplozyon faz-genyen, jenere yon wo-tanperati, gwo-presyon, ak gwo-plasma dansite ki soti nan sifas la, ki pote debri chalè ak pwosesis.
Defo nan zòn ki afekte chalè-afèkte (HAZ) yo refere a rejyon ki nan CFRP a kote chanjman pwopriyete lokalize yo rive akòz entèraksyon lazè-materyèl yo, ansanm ak eterojenite nannan ak anisotropi materyèl la. Chanjman sa yo enkli evaporasyon ki pa inifòm ak degradasyon tèmik résine matris la, ansanm ak ekspoze fib kabòn yo. Yon reyon lazè Gaussian jenere yon distribisyon enèji espasyal ki pa inifòm, ak efè difizyon tèmik lakòz materyèl CFRP chofe nan vwazinaj zòn pwosesis la. Nan rejyon espesifik sa a, enèji tèmik la depase papòt ki nesesè pou dekonpozisyon matris la résine men li rete pi ba pase papòt ki nesesè pou retire fib kabòn yo. Sa a mennen nan yon deteryorasyon nan pwopriyete résine a ak ekspoze lokalize nan fib kabòn yo. Nan zòn sa a, kondiksyon chalè chofe tou de résine ak fib kabòn yo. Akòz diferans enpòtan ant tanperati evaporasyon résine a ak fib kabòn yo, résine nan rejyon sa a evapore pandan fib kabòn yo pa rive nan tanperati evaporasyon yo, sa ki lakòz fib kabòn yo ekspoze.
