用于清潔復(fù)合材料生產(chǎn)模具的激光清潔技術(shù)具有自動化和更高功率清潔等特點。
復(fù)合材料零件制造商越來越多地使用激光清潔系統(tǒng)來清潔生產(chǎn)模具,提高了效率,降低了成本,同時也改善了這些公司的環(huán)境影響和工人操作條件。
復(fù)合材料成型工具有各種尺寸和幾何形狀,由各種材料制成,包括鋼、鋁和殷鋼。傳統(tǒng)上,模具是使用手動研磨方法、介質(zhì)噴砂或化學(xué)物質(zhì)進行清潔的,但這些技術(shù)也帶來了自身的挑戰(zhàn)。例如,研磨清潔可能會產(chǎn)生灰塵和揮發(fā)物,對員工健康產(chǎn)生負面影響。它還可能導(dǎo)致模具表面退化、過早磨損和殘留物積聚的可能性。同時,介質(zhì)爆破或使用化學(xué)物質(zhì)都是苛刻而激進的程序,隨著時間的推移,有可能損壞模具并改變其形狀。
用于復(fù)合材料制造的龍門式激光清洗系統(tǒng)。
激光清洗提供了一種替代方案,該方案使用高能光脈沖以高精度去除樹脂、生產(chǎn)殘留物、脫模劑、氧化物、油和其他不需要的物質(zhì)。該技術(shù)可確保底層基材不受損壞,從而顯著延長模具的生命周期。Loop Technology(英國的多切斯特、布里斯托爾和謝菲爾德)是一家將激光清潔與機器人和龍門系統(tǒng)集成在一起的專家,指出市場上已經(jīng)有多種解決方案可以滿足行業(yè)清潔需求。例如,對于某些應(yīng)用,自動激光清潔系統(tǒng)可以以高達22平方米/小時的速度凈化具有復(fù)雜表面輪廓的非常大的結(jié)構(gòu)。激光清洗也可用于制備碳纖維增強聚合物(CFRP)面板以進行粘合,或用于無損檢測的各種零件表面。
激光清洗基礎(chǔ)
激光清洗復(fù)合材料制造中使用的由殷鋼制成的航空航天模具工具。
激光清洗使用燒蝕從指定表面去除材料。納秒長的激光脈沖指向目標材料。通過精確控制激光參數(shù),如波長、脈沖持續(xù)時間和能量強度,不需要的材料或殘留物被升華和去除,而不會損壞底層結(jié)構(gòu)。該過程結(jié)合了熱燒蝕、光解降解和沖擊波。由于不同材料對激光能量的吸收程度不同,因此根據(jù)模具材料調(diào)整激光參數(shù)。
激光清洗系統(tǒng)有兩種不同的操作模式。脈沖激光清潔器以短而明顯的脈沖或脈沖發(fā)射激光能量。每個脈沖都有一個特定的持續(xù)時間,并由不發(fā)射的時段隔開。這非常適合基于精度或沖擊的清潔任務(wù),如從需要保存的基材上去除薄膜和殘留物。或者,連續(xù)波激光器發(fā)出穩(wěn)定、不間斷的光束,非常適合重型清潔任務(wù),如去除金屬工具上的鐵銹、油漆和其他涂層。
激光清洗技術(shù)的發(fā)展
激光器本身的發(fā)明可以追溯到1960年,當(dāng)時Theodore H.Maiman在美國休斯研究實驗室展示了第一臺可工作的紅寶石激光器,該激光器建立在前幾十年的工作基礎(chǔ)上,包括1917年阿爾伯特·愛因斯坦( Albert Einstein)在受激發(fā)射方面的工作。另一個重要的里程碑發(fā)生在1972年,當(dāng)時約翰·阿斯穆斯(John Asmus)正在試驗脈沖紅寶石激光來分析雕像表面,他發(fā)現(xiàn)了它作為清潔應(yīng)用的額外潛力。脈沖紅寶石激光器是這些早期用于清潔的最常見類型,主要是在研究環(huán)境中進行的。
隨著該領(lǐng)域的發(fā)展,引入了其他類型的激光器,如Nd:YAG激光器,其產(chǎn)生的光通常波長為1064納米。激光器是一種獨特的技術(shù),可以調(diào)節(jié)激光腔儲存和釋放能量的能力,將短而高功率的能量脈沖引導(dǎo)到表面,目前用于清潔小型精密模具或清除電路板上的殘留物。氣體激光器在20世紀90年代緊隨其后。例如, 二氧化碳激光器使用二氧化碳、氮氣和氦氣的混合物來產(chǎn)生一束強大的聚焦紅外光,可以去除油漆、油脂和鐵銹。然而,它們后來被證明更適合凈化的技術(shù)所取代。
其中最新的是固態(tài)光纖激光器,它使用摻雜有鐿、鉺或釹等稀土元素的薄而柔韌的光纖。光纖激光器因其相對高效、通用性、緊湊性和長壽命而被認為是復(fù)合材料制造中清潔任務(wù)的熱門選擇。連續(xù)光纖激光器通常用于大型工作,如從大型海洋結(jié)構(gòu)物上剝離油漆和涂層,為檢查或翻新做準備,以及清潔制造廠的大型模具和機械。這些脈沖激光器是精確去除材料的理想選擇,不僅適用于檢查和無損檢測準備,也適用于溫和清潔。
滿足各種模具清潔需求的技術(shù)
激光清洗能夠精確清潔金屬、塑料和復(fù)合材料,這推動了其在工業(yè)制造中的廣泛應(yīng)用。 此外,對高功率激光清洗系統(tǒng)的需求不斷增加,向環(huán)保和無損清洗方法以及混合加工技術(shù)的轉(zhuǎn)變,也催生了更多的自動化解決方案。這就是Loop Technology為進一步發(fā)展做出貢獻的地方。
Loop Technology的營銷主管湯姆·特納(Tom Turner)表示:“Loop Technology憑借其在復(fù)合材料、自動化和激光清洗方面的經(jīng)驗,根據(jù)行業(yè)需求和不斷發(fā)展的技術(shù),不斷優(yōu)化其激光清洗和系統(tǒng)服務(wù)范圍。”。
一個例子是FibreLINE,它可以包括激光清洗。該系統(tǒng)是一種高速自動化的端到端復(fù)合材料預(yù)成型解決方案。它提供大型干燥碳纖維層和其他復(fù)合材料的切割、分類、拾取、成型、放置、固結(jié)和檢查,長度可達20米,并通過一套末端執(zhí)行器實現(xiàn)。它具有自動激光清洗功能,可在復(fù)合材料零件脫模后對模具進行去污,為工藝提高了另一個效率水平。
這種龍門式激光清洗系統(tǒng)非常適合凈化大型結(jié)構(gòu)
另一個例子是CleanLASER系列,它有幾種型號—低功率單元(12-100瓦)到高功率CL 1000和CL 2000型號,用于處理大面積和較厚的材料。無論是小型還是大型模具清潔,CleanLASER系列都適用于許多應(yīng)用,并且還有用于去除廢物和碎屑的提取系統(tǒng)。例如,300、500和1000瓦的裝置都可以高速清潔輪胎模具,通常在30分鐘內(nèi)。它們提供的精度使用戶能夠安全地清潔微彈簧通風(fēng)口,并確保碎屑不會進入模具通風(fēng)口,這是介質(zhì)噴砂和其他手動清潔方法可能遇到的挑戰(zhàn)。
自動激光清洗單元包括三級自動化的LoopCLEAN產(chǎn)品線。在標準模型中,操作員對機器人進行編程,并通過懸架控制其運動范圍。Pro型號提供了更高的精度和自動化水平。將待清洗模具的CAD模型導(dǎo)入系統(tǒng)的Robotmaster離線編程軟件,并在上傳進行激光清洗操作之前模擬和優(yōu)化機器人路徑。LoopCLEAN Pro最近被Loop Technology的一位客戶用于清潔電纜制造行業(yè)的注塑模具。它為所使用的傳統(tǒng)化學(xué)品和磨料提供了高水平的清潔,并延長了其模具的生命周期,帶來了環(huán)境、健康和安全效益。該系統(tǒng)使用KUKA(德國奧格斯堡)Agilus機器人、CleanLASER CL 150,并配有LoopCLEAN用戶界面和用于服務(wù)和支持的遠程連接模塊。LoopCLEAN系統(tǒng)可以與更強大的CleanLASER單元集成,并采用4級激光防護。
使用軟件清潔汽車制動盤,無需離線編程
根據(jù)Loop Technology的說法,LoopCLEAN Auto提供了最高水平的自動化。使用RealPATH軟件,系統(tǒng)對用戶想要清潔的零件或模具工具進行3D成像,并自動生成機器人路徑供激光清潔器遵循。該軟件消除了潛在的奇異性、沖突和遙不可及的問題,并繞過了傳統(tǒng)的離線編程需求。這最終提供了一個更快的清潔過程,操作員的參與要少得多。自動生成的機器人激光清洗非常適合有多個不同零件且沒有現(xiàn)有CAD數(shù)據(jù)可供使用的行業(yè)。它最大限度地減少了機器人的停機時間,并消除了對昂貴的逆向工程的需求。
激光清洗是一種動態(tài)且快速增長的技術(shù),越來越多地被世界各地的制造商使用。其優(yōu)勢和應(yīng)用范圍廣泛,并在不斷發(fā)展,在清潔工具和組件時能夠?qū)崿F(xiàn)高度的精度和效率。特別是在復(fù)合材料制造中,激光清洗可以有效地去除環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯樹脂以及脫模劑和其他污染物,從而保護模具的 底層結(jié)構(gòu),這意味著工具可以多次重復(fù)使用,生產(chǎn)周期可以變得更加高效。
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