Многие процессы соединения и резки возможны только с помощью лазеров. Новые технологии позволяют изготавливать металлические компоненты с полой структурой, которые значительно легче и при этом столь же прочны, как и цельные компоненты. Кроме того, лазеры можно использовать для соединения различных легких конструкционных материалов и сталей друг с другом. Институт лазерных технологий Фраунгофера ILT в Аахене представляет ряд таких решений на выставке LASER World of Photonics с 22 по 25 июня 2015 года в Мюнхене, Германия.
Популярны легкие конструкционные материалы: например, в кузовах автомобилей используется алюминий, а фюзеляжи самолетов уже в значительной степени состоят из легких углеродных композитных материалов. Однако возможности технологий облегченного строительства далеко не исчерпаны. Новые методы производства и обработки способны еще больше ускорить производственные процессы, а материалы сделать еще легче и прочнее. Лазерные технологии играют здесь особенно важную роль, так как на выставке LASER World of Photonics будут представлены несколько экспонатов Института лазерных технологий им. Фраунгофера в Аахене. Наиболее ярким экспонатом является ряд двухметровых букв, обозначающих слово «свет». Буквы выполнены из сложной пористой сетчатой структуры. Точно так же, как этот специальный экспонат был изготовлен из пластика с использованием технологии 3D-печати, Fraunhofer ILT работает с промышленными заказчиками над разработкой и производством металлических компонентов, вес которых оптимизирован благодаря их внутренней структуре. 3D-печать делает коммерчески выгодным производство даже индивидуальных и одноразовых компонентов и инструментов. Легенда LIGHT на выставке — впечатляющая иллюстрация того, насколько легкими могут быть стабильные конструкции.
Легкий и стабильный благодаря селективному лазерному плавлению
Производство металлических компонентов с такими же легкими конструкциями является специальностью исследователей Fraunhofer ILT. Для этого они используют метод селективного лазерного плавления (SLM), который получил дальнейшее развитие за последние несколько лет. Во многом похожее на 3D-печать, SLM включает в себя использование лазерного луча для плавления порошка с высокой точностью в соответствии с инструкциями данных CAD. Этот расплав затем затвердевает, образуя слои толщиной всего в несколько микрометров, создавая компонент слой за слоем. Исследователи также использовали методы SLM для разработки стабильной и очень легкой опоры рычага управления для спортивного автомобиля, к которой подвешены колеса по отдельности. Этот рычаг управления также имеет полую структуру внутри, что делает его легче и стабильнее, чем литые или обработанные компоненты.
Склеивание материалов без клея
Сделать компоненты и транспортные средства еще легче — сложная задача, потому что снижение веса не должно происходить за счет стабильности. По этой причине сегодняшняя легкая конструкциячасто сочетает в себе различные материалы, такие как алюминий и армированный волокном пластик (FRP), каждый из которых выбирается с учетом его пригодности для определенной цели. Поскольку стабильность FRP страдает, когда он скручивается вместе с другими компонентами, текущая практика, как правило, заключается в склеивании различных материалов вместе. Однако это означает добавление в уравнение третьего материала, который также может стареть и трескаться. Ответ ученых Fraunhofer ILT на эти недостатки при соединении FRP и металла заключается в использовании методов обработки на основе лазера. В этом случае они используют лазер для выжигания рисунка размером 100 микрометров на поверхности металлического компонента с небольшими углублениями и подрезами. «При таком соединении металла и FRP пластик затекает в углубления, пока он еще горячий и жидкий», — объясняет лазер ILT.эксперт доктор Александр Оловинский. «Когда пластик затвердевает, он закрепляется на поверхности металла». Автомобильная дверь, армированная пластиком, изготовленная таким методом, будет представлена на выставке.
В наши дни люди все чаще комбинируют друг с другом не только стеклопластик и металл, но также — в зависимости от применения — различные виды стали. Чтобы снизить вес автомобиля, автопроизводители теперь используют такие материалы, как высокопрочные закаленные стали. Они особенно стабильны, а это означает, что можно использовать более тонкие листы, что снижает вес. Но они также дороги, что побуждает автопроизводителей сваривать обычные стали вместе с высокопрочными закаленными сталями. Проблема в том, что стандартные методы, такие как точечная лазерная сварка, вызывают снижение прочности высокопрочных сталей в месте соединения. Чтобы решить эту проблему, Fraunhofer ILT работала с несколькими промышленными партнерами над совместным проектом по разработке альтернативного метода сварки, который не снижает ударопрочность высокопрочных сталей. В течениена выставке исследователи представят различные технологии с помощью различных экспонатов, таких как опора поперечного рычага.
