점점 더 많은 산업 응용 분야에서 레이저는 이제 플라스틱 / 복합 재료를 금속에 직접 용접하는 대체 솔루션으로 간주되어 왔습니다.이 비접촉식 가공 방식은 높은 공정 유연성을 제공합니다 섹스.
현재 자동차 산업의 동력 중 하나는 비용을 추가하거나 성능, 품질 및 안전성 등에 영향을 미치지 않거나 손상시키지 않으면 서 경량 자동차를 만드는 방법입니다. 시트 구조의 경우 주로 더 얇고 강성이 높은 강재 인 하이브리드 재료 구조는 최근 몇 년 동안 광범위하게 연구되어 왔으며 금속 / 플라스틱 복합재로 제작 된 금속 전용 하이브리드 구조 및 구성 요소 구조에도 적용됩니다.
이러한 하이브리드 재료 구조의 사용은 다양한 화학 물질, 기계 및 열 특성으로 구성 재료를 결합하는 방법을 비롯한 여러 가지 과제를 제기합니다. 현재 플라스틱 및 금속 용접에 사용되는 최신 기술은 점착성이 있습니다 접착 본딩, 기계적 용접, 오버 몰딩 또는 이들 공정의 조합은 많은 수의 조립 작업을 필요로하고 설계상의 제약을 초래합니다.
레이저는 이제 액체 / 고체 바인더를 추가 할 필요없이 증가하는 산업 응용 분야에서 플라스틱 / 복합 재료를 금속에 직접 용접하는 대체 솔루션으로 간주되었습니다. 기계 관절 복잡하고 고가의 금형에 비해 조립 요소는, 레이저는 높은 프로세스 유연성을 제공한다. 가능성이 새로운 레이저 기술, 독일 회사 포레 시아 자동차 좌석 및 공동 자금 EC를 평가하기 위해 PMjoin이라는 프로젝트.
레이저 공정 단계
레이저 수단이 직접, 비접촉 형은 2 단계 과정을 포함한다. 우선, 국소 및 융제 물질, 미세 구조는 상기 레이저에 의해 스캔 된 영역에서 금속 표면에 홈이 형성되어있다. 오목 넓은 마이크론으로 작을 수있다, 상부를 갖는 것을 특징으로하는 패턴을 생성하는 최고 연속파이다 (CW) 단일 모드 광섬유 레이저 : 및 시간 복수의 깊이도 1의 동일한 영역에 레이저를 주사하여 변경 될 수는 두 개의 서로 다른 홈 형상을 도시 참 -_- 홈의 작은 불규칙 단면 형태, 바닥 나노초 펄스 레이저 제작 스타일의 사용 동안 상기 참 -_- 상단의 큰 구조를 갖는 일정한 홈 형상.
연속파 레이저 (중간 행 위치) 및 나노초 펄스 레이저 (하단 행)을 가진 정보는 구조화 된 표면 (상부)을 만들 :도.
레이저 에너지는 접합 계면에 플라스틱을 투과 - 방법의 제 2 단계에서, 구조용 플라스틱 및 금속이 중첩 투명 플라스틱의 레이저 파장에 대한 용융 온도로 가열하고, 상기 레이저 빔은 플라스틱의 측 단부에서 적용될 수있다 에너지 서서히 가온 용 금속의 계면에서 흡수과 플라스틱 열전도율이 낮은 지역 핫스팟 플라스틱 용융을 보장한다.
레이저 파장에 대한 상기 금속은 도전성 금속의 방법으로 가열 측 단부로부터 가열한다 (대부분의 자동차 구조용 플라스틱 / 복합재 포함) 불투명 플라스틱이다. 충분한 열 계면에서 국부적으로 생성 될 때, 플라스틱 녹아 두 경우 모두 플라스틱 과열 (모공을 유발 함)이나 타는 것을 피하려면 좋은 온도 제어가 중요합니다.
용액의 도전성 가열 에너지 유틸리티 재생되지 않지만, 안정된 솔루션 링커를 생성하는 효과적인 열전달 않는다.이 과정에서, 연속파 레이저 다이오드는 금속 도체 가열 송신 측 단부로부터 직접 도통 가열 가열 공정은, 압력이 열을 효율적으로 수지에 전도되도록 적용되어야한다. 플라스틱 용융 온도에 도달하면, 가압함으로써 기계적 인터록을 형성하는 금속 구조 자체에 고정되어 냉각시에 미세로 흘러 .
자동차 시트 디자인
PMjoin 프로젝트의 일환으로, Faurecia는 다재다능한 강철 시트 구조 (그림 2)를 기반으로 한 개념적인 좌석 등받이 구조를 고안했습니다.이 구조에서는 좌석 등받이의 고강도 강철 측면 부재가 PAGF30 복합 재료로 만들어졌습니다 대신, 등받이의 상부 및 하부 십자형 부재 및 리클라이닝 구성 요소뿐만 아니라 시트 쿠션 및 조정 레일 구조는 변하지 않는다.
첫 번째 파트에서는 조인트의 기계적 특성에 대한 미세 구조 파라미터의 영향을 먼저 조사했습니다. 따라서 일련의 실험 설계를 통해 다양한 그루브 패턴과 인장 전단을 갖는 간단한 표본을 제작했습니다 , 인장력 및 박리 시험. 연구 된 변수는 반복 횟수 (레이저) 작동, 구조 밀도 (홈 사이의 간격), 재료 표면에 대한 홈의 각도, 하중 방향에 대한 홈 구조의 방향, 레이저 유형, 레이저 출력 예를 들어, 17 N / mm2의 전단 강도 값은 거친 표면 (샌드 블라스팅 된 표면)에 의해 달성 된 값의 두 배가 넘는 단순한 홈 형상을 사용하여 얻을 수 있습니다. 처리되지 않은 금속의 표면 값의 4 배.
앞에서 언급했듯이, 다른 홈 구조가 다른 (구조화 된) 레이저로 달성 될 수 있음이 밝혀졌습니다. 재료의 표면에서 튀어 나온 리스터 층의 불규칙한 모양과 크기 (및 모양)가 플라스틱 앵커가 커넥터에 있습니다.
연구의 두 번째 단계에서, 소규모 테스트의 결과는 개념적 등받이 구조로 옮겨졌다. 각 용접 점에서의 기계적 하중, 상부 및 하부 빔 부재와 복합 측면 부재 사이의 용접 및 스틸 리클라이닝 어셈블리 복합재 측면 부재는 대표적인 철골 구조물의 유한 요소 해석으로 결정됩니다. 소규모 시험 결과를 토대로 FE 계산 하중이 각 조인트에서 결정됩니다 필요한 관절 영역을 통과하십시오.
이전 프로젝트의 복합 사이드 멤버의 사용으로 인해 새로운 레이저 기반 기술로 적절한 용접 영역을 확보하기 위해 용접 점에서 약간의 재 설계가 필요했으며 새로운 스틸 브래킷이 설계되고 제작되었습니다 적합한 위치 설정 및 클램핑 고정 장치와 함께 복합재 측면 부재에 기존의 리클라이닝 어셈블리를 용접하는 것.
시험 결과
적은 수의 개념적 등받이 구조가 파일럿 테스트에서 확인 된 파라미터를 사용하여 제작되었으며 동적 전방 충돌 테스트뿐 아니라 준 정적 전후 충격 테스트가 수행되었습니다. 실패가 어떻게 나타나는지와 동적 충격 테스트는 실생활에서 실제로 일어나는 것을 보여줍니다. 후자는 하나의 자격 또는 규정되지 않은 보고서 만 제공하지만 준 정적 충격 테스트는 양적 결과 즉, 어떤 토크 또는 전원 상태의 구조가 실패합니다.
첫 번째 시험 결과가 여전히 긍정적이지만 관찰 된 고장 모드는 설계 개념이 여전히 너무 엄격 함을 나타냅니다. 또한 철 및 복합 부품은 시트백 구조에 미치는 영향을 극대화하도록 재 설계되었습니다 그러나보다 진보 된 설계를 구현하기위한 성능의 잠재력은 여전히 남아 있으며, 하이브리드 구조는 동적 충격 시험을 통과합니다.
그림 2 : 일반적인 카시트 구조.
이 개념 연구는 플라스틱을 금속에 직접 용접하는 데 레이저를 사용하는 것이 접착 본딩, 기계 용접 또는 오버 몰딩과 같은 전통적인 접근법을 대체하는 이상적인 솔루션임을 보여 주며 결과적으로 반 구조화 하이브리드 구성 요소가 매우 효율적입니다. 이 레이저 용접 기술을 이용하십시오.
그러나 하이브리드 모듈의 대량 생산에 사용되기 전에 어떤 방식으로 가야합니다. 하이브리드 모듈은 재료와 구조 모두에 대한 기계적 강도 프로세스의 잠재력을 극대화하기 위해 적어도 하나의 다른 설계 반복이 필요합니다. 습도 및 온도 등. 또한 열 전도를위한 다른 대체 기술도 고려할 수 있습니다.