Многие процессы соединения и резки возможны только с помощью лазера. Новые технологии позволяют изготавливать металлические детали с полой структурой, которые значительно легче и в то же время столь же стабильны, как и твердые компоненты. Кроме того, с помощью лазеров можно комбинировать между собой различные легкие конструкционные материалы и стали. Институт лазерных технологий им. Фраунгофера в Аахене представляет ряд таких решений на выставке LASER World of Photonics в Мюнхене, Германия.
Популярны легкие строительные материалы: например, алюминий используется в кузовах автомобилей, 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 позволяют ускорить производственные процессы и сделать материалы еще более легкими и прочными. Лазерные технологии играют здесь особенно важную роль, поскольку несколько экспонатов Института лазерных технологий им. Фраунгофера в Аахене продемонстрируют это во время выставки LASER World of Photonics. Буквенный ряд высотой в два метра, обозначающий слово «свет», - самый привлекательный экспонат. Буквы сделаны из сложной пористой сетчатой структуры. Подобно тому, как компания Fraunhofer ILT сделала эту специальную выставку из пластика с использованием технологии 3D-печати, Fraunhofer ILT работает с промышленными заказчиками над разработкой и производством металлических компонентов, оптимизированных по весу благодаря своей внутренней структуре. 3D-печать делает коммерчески выгодным производство даже индивидуальных и разовых компонентов и инструментов. Легенда LIGHT на выставке - яркая иллюстрация того, насколько легкими могут быть устойчивые конструкции.
Легкий и стабильный благодаря селективной лазерной плавке
Производство металлических компонентов с такой же легкой структурой - это специальность исследователей Fraunhofer ILT. Для этого они используют метод селективного лазерного плавления (SLM), который получил дальнейшее развитие в последние несколько лет. Во многом аналогично 3D-печати, SLM включает использование лазерного луча для плавления порошка с максимальной точностью в соответствии с инструкциями по данным САПР. Затем этот расплав затвердевает, образуя слои толщиной всего несколько микрометров, формируя компонент слой за слоем. Исследователи также использовали методы SLM для разработки стабильной и очень легкой опоры поперечного рычага для спортивного автомобиля, колеса которой подвешены индивидуально. Этот рычаг управления также имеет внутри полую структуру, что делает его легче и стабильнее, чем литые или механически обработанные компоненты.
Склеивание материалов без клея
Делать компоненты и автомобили еще легче - это непростая задача, поскольку снижение веса не должно происходить за счет устойчивости. По этой причине сегодняшняя легкая конструкция часто сочетает в себе различные материалы, такие как алюминий и армированный волокном пластик (FRP), каждый из которых выбирается в зависимости от его пригодности для определенной цели. Поскольку стабильность FRP страдает, когда он скручивается вместе с другими компонентами, современная практика обычно заключается в склеивании различных материалов вместе. Однако это означает добавление в уравнение третьего материала, который также может стареть и трескаться. Ответом ученых Fraunhofer ILT на эти недостатки при соединении FRP и металла является использование методов обработки на основе лазера. В этом случае они используют лазер для выжигания рисунка в масштабе 100 микрометров на поверхности металлического компонента с небольшими углублениями и поднутрениями. «При соединении металла и стеклопластика таким образом пластик течет в углубления, пока он еще горячий и жидкий», - поясняет лазер ILT. эксперт доктор Александр Оловинский. «Когда пластик затвердевает, он закрепляется на поверхности металла». Изготовленная таким способом автомобильная дверь, армированная пластиком, будет представлена на выставке.
В наши дни люди все чаще сочетают друг с другом не только стеклопластик и металл, но также - в зависимости от области применения - различные виды стали. Чтобы снизить вес автомобиля, автопроизводители теперь используют такие материалы, как высокопрочные стали, закаленные под давлением. Они особенно стабильны, что означает, что можно использовать более тонкие листы, что снижает вес. Но они также дороги, что побуждает автопроизводителей сваривать обычные стали вместе с высокопрочными сталями, закаленными под давлением. Проблема в том, что стандартные методы, такие как точечная сварка, приводят к снижению прочности высокопрочных сталей в местах соединения. Чтобы решить эту проблему, Fraunhofer ILT работала с несколькими промышленными партнерами в рамках совместного проекта по разработке альтернативного метода сварки, который не ухудшал бы стойкость высокопрочных сталей к разрушению. ВовремяНа выставке-ярмарке исследователи представят различные технологии с помощью различных экспонатов, таких как опора рычага управления.
