High-efficiency Deformation Method for Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics Using Laser Forming

碳纤维增强热塑性塑料激光成型高效变形方法

基本信息

批准号：
21K04725
负责人：
北田良二
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Sojo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究計画2年目（全3年計画）は，炭酸ガスレーザによる熱可塑性炭素繊維強化プラスチック（CFRTP：Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics，マトリクス材：ナイロン6（PA6），試験片サイズ：60×30×厚み1mm）のレーザフォーミングにおいて，パルス波形とフォーミング特性の相関について考察した．赤外線センサーにより，パルス波形を測定して各フォーミング特性（CFRTP板材表面温度，変位量，曲げ角度，試験片表面状態）と比較した結果，パルスエネルギーが同じであっても，ピークパワーを低く，パルス幅を長くすることで，熱的ダメージを抑制したより大きな曲げ加工が可能であることがわかった．したがって，低ピークパワー，長パルス幅のパルス波形がCFRTPのレーザフォーミングに適していることが実験的に明らかとなった．また，CFRTPのレーザフォーミングの応用展開として，板材の曲げ加工の可能性について検討した．レーザフォーミングに適していると考えられる低ピークパワー，長パルス幅のパルスレーザ光を用いて，レーザ光の走査方法を実験的に模索した結果，レーザ光の重ね走査とシフト走査を繰り返すことで曲げ加工が可能であることがわった．重ね走査回数は，試験片の炭素繊維による復元力に依存していると考えられ，板厚1mmにおいては走査回数10回以上で変位量が飽和することから，10回が最適回数であることがわかった．一方，シフト量はレーザ光のビームプロファイルに依存していると考えられ，その半値幅が4mm程度であることからシフト量は4mmが最適となった．したがって，重ね走査回数とシフト量を最適化することで，高能率な曲げ加工が可能であることが明らかとなった．今後，熱伝導解析と応力解析に取り組むことで，加工プロセスの理論的な考察と高能率成形加工法の提案を目指す．

在研究计划的第二年（总共3年计划），碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP：碳纤维增强热塑性塑料，基体材料：尼龙6（PA6），试样尺寸：60 x 30 x厚度1毫米）将被在本文中，我们考虑了激光成形中脉冲波形与成形特性之间的相关性。使用红外线传感器测量脉冲波形，并与各成形特性（CFRTP板表面温度、位移量、弯曲角度、试件表面状态）进行比较，结果发现，即使脉冲能量相同，峰值功率较低且脉冲波形较低，结果发现，通过增加宽度，可以执行更大的弯曲工艺，同时减少热损伤。因此，实验证明，低峰值功率和长脉冲宽度的脉冲波形适合CFRTP激光成形。此外，作为 CFRTP 激光成型的应用，我们研究了弯曲板材的可能性。使用被认为适合激光成形的低峰值功率和长脉冲宽度的脉冲激光束，我们实验探索了激光束扫描方法，发现通过重复激光束的重叠扫描和移位扫描可以实现弯曲。事实证明，处理是可能的。重叠扫描的次数被认为取决于测试件中碳纤维的恢复力，并且由于对于1mm的板厚，通过10次或更多次扫描位移量饱和，因此认为10次是最佳次数了解了。另一方面，认为偏移量取决于激光束的光束轮廓，并且由于其半宽度约为4mm，因此最佳偏移量为4mm。因此，很明显，通过优化重叠扫描的数量和移动量，可以实现高效弯曲。未来，我们的目标是通过热传导分析和应力分析，从理论上考虑加工过程，并提出一种高效的成形方法。