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汽车制造

CO2 激光器,汽车制造领域的“多面手”

星之球科技 来源:国际工业激光商情2020-10-15 我要评论(0 )   

现代汽车制造业使用了大量不同的材料,包括塑料、金属、纺织品、玻璃、橡胶等。有些高端品牌的豪华汽车,一方面不断尝试类似于碳纤维这类的新型材料,同时也大量使用传...

现代汽车制造业使用了大量不同的材料,包括塑料、金属、纺织品、玻璃、橡胶等。有些高端品牌的豪华汽车,一方面不断尝试类似于碳纤维这类的新型材料,同时也大量使用传统的实木和真皮材质。


加工如此多种类的材料需要一种性能强大的工具,这就给了CO2激光器用武之地。


CO2激光器发明于1964年,是最早的激光技术之一,至今仍是工业材料加工的中流砥柱,在汽车工业应用广泛。通常,CO2激光器的输出功率从几十瓦到几千瓦不等,能在不同材料的加工应用中施展拳脚。


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CO2 激光器在汽车制造中的 19 种应用


低功率类型的CO2激光器主要用于标记和雕刻,而高功率类型可以轻松并精确地切割和焊接。因此,激光可加工的部件几乎可以涵盖到汽车制造环节中的大部分区域。


塑料切割


CO2激光器广泛应用于汽车塑料零件的加工,包括内饰件和仪表板、立柱、保险杠、尾翼、饰件、牌照框和车灯。


这些部件会使用到不同种类的塑料,包括ABS、TPO、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、HDPE、亚克力以及各种复合材料和层压材料。


塑料材质可以是单纯的塑料,也可以是涂漆的,或是与其它材料相结合的,如织物覆盖的汽车内柱(A柱、B柱或者C柱),由复合材料或者饰面材料制成的仪表板,填充了碳纤维或玻璃纤维用于加固的结构支撑件。


激光可用于固定点、车灯、开关、泊车传感器和其它部件的切割和钻孔,也可以用于浇口切割或修整注塑过程中多余的塑料。


前车大灯的灯罩和透镜由透明的塑料制成,通常需要激光来修整模具成型中多余的塑料。车灯通常由聚碳酸酯(PC)制成,其光学透明度高、耐冲击和碎片化、各种气候条件及紫外线照射的耐受性强。


虽然,这种特殊塑料材质经激光加工后,边缘会比较粗糙,但前车大灯全部安装完成后,加工部位暗藏,不会影响车灯的整体性能。激光在处理大多数塑料材质时,通常会形成光滑的边缘,不需要后续修整。


塑料切割通常会使用125W以上的激光器,根据加工要求的速度不同,配置的功率也会不同,一般速度越快所需功率越大。Luxinar的SR系列、SCX系列和OEM系列都适合于此类应用。


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激光技术在前车大灯灯罩和透镜上的应用


由于切割操作经常需要激光束或零件在三维空间中移动,单凭人工操作繁琐又耗时,因此,激光技术又开始与灵活的机器人系统相结合。


机器人


现代汽车生产高度自动化,机器人在整个汽车工业中的应用已经很常见。


为了优化生产线的加工流程,CO2激光器开始与机器人结合使用,并逐步取代了传统的工具。


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图片来自德国的 ROBOT-TECHNOLOGY,Luxinar 激光器被安装在了机器人操作臂上


把CO2激光器集成到机器人上是具有一定的挑战。在实际应用中,工程师可通过三种方式将CO2激光器集成到机器人上:


第一种,激光直接安装在机器人关节臂上,光束通过精密的关节式导光单元传输到工件上。然后,利用编程让机器人按照轨迹切割相对复杂的形状,并始终保持光束聚焦。


第二种,机器人抓取工件,在固定的激光聚焦点前按照加工轨迹移动工件。这是一个相对简单的机械装置,适用于较小的机器人,可以加工的工件尺寸受限。


第三种,激光器同一个导光臂相连接,机器人抓取导光臂并按照所需轨迹移动关节臂,以切割零件。


第一种情况下,激光器必须能够承受机器人运动产生的加速度。机器人也需要体型较大和足够的强悍,以背负并移动激光器。换言之,激光器必须足够紧凑和轻巧,以便直接安装在机器人关节臂上。在这方面,Luxinar的SR系列激光器是理想的选择。


第二种情况下,通常采用振镜来控制激光束的移动,而机器人则负责调整工件的加工面和位置。典型的应用是在汽车仪表台上打孔——在仪表板表面上钻一些小孔,通常直径为1毫米,这使得将其他包覆材料粘合到仪表台上表面时,空气可以从小孔被抽离,使粘合更加紧密。


相同的方法也适用于切割更大的孔位和轨迹,如开关和传感器孔位的切割。Luxinar的高功率段激光器,如SCX和OEM系列激光器经常用于这些应用中。


织物裁剪


汽车内饰通常包含几种不同用途的纺织材料,其中最常见的是内饰织物。


激光可以用来裁剪织物,或雕刻图案。加工速度取决于织物的类型和厚度,功率越大的激光器切割的速度就越快。激光可以将大多数合成纤维裁剪干净,边缘密封,这保证了在汽车座椅缝合和装配过程,材料不会边缘散束。


真皮或合成皮料,都适用于激光加工。


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激光裁切的汽车座椅织物


许多车辆的内柱上会覆盖一层织物,它们都可使用激光加工完成。在模具成形过程中,织物附着在塑料零件上,激光将多余的布料从边缘裁剪下来,以符合车辆的设计与布局。这需要一个5轴的机器人来实施加工,切割头会沿着零件轮廓,精确地切割织物。中等功率的CO2激光器,如Luxinar的SR和OEM系列,非常适用于这类加工。


织物不仅用来装饰和增加乘坐的舒适感,也可用于汽车的安全系统,即安全带和安全气囊。


现代汽车通常都标配有多个安全气囊,以保障驾驶员和乘客的安全。安全气囊通常由密织尼龙或聚酯纤维制成,有时候会在表面加上一层硅酮涂层以增强透气性。


安全气囊分为平织安全气囊和一片式(OPW)安全气囊;平织气囊由不同形状的织物片缝合而成,一片式气囊(OPW)的结构是直接在织机上形成,二者后续都需要裁剪。可靠而高效的CO2激光器是是理想的工具,通过稳定的、高效率的切割可将材料浪费降至最低。并且激光加工为非接触加工,最大程度地保留了材料本身的结构和完整性,材料表面的硅酮涂层也不会被磨损。


相同的技术还可以用于汽车仪表台和车门包覆层划线,通过对结构件进行选择性弱化,以便在汽车受到碰撞时,安全气囊在预设的位置展开,起到保护驾乘人员的作用。这种激光划线在内饰件面板的背面实施,形成不可见的弱化线,保证了汽车内饰件的完整性和美观。因此,这种加工需要在极度严苛的公差范围内实施。


表面毛化


CO2激光加工在汽车制造业中并不局限于切割、钻孔和边缘修整。


事实上,CO2激光烧蚀去冗也用于汽车制造中。一个很好的例子是表面改性,或从塑料零件/复合材料的表面去除油漆涂层。当一些工件需要用粘合剂安装到包含油漆涂层的零部件时,为了使粘合更加牢固,零部件的表面涂层需要去除或者毛化。激光器与振镜相结合,以填充扫描的方式快速在所需的区域进行材料烧蚀去冗。


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由激光切割的汽车塑料门封上的排水孔


激光的能量可以调适到刚好足够烧蚀表面材料但不损破坏材料本身的程度。精确的几何图形可以轻松实现,烧蚀深度和表面毛化程度可以轻松控制,烧蚀去冗的图案也可轻易改变。


在某些情况下,激光加工取代了之前手工操作的过程,从而节省大量时间,提高了产品的质量和一致性。


激光制造技术并不是豪华汽车和未来概念车的专属。事实上,它已经成熟地应用于车辆流水线制造,如果您深入地了解一辆量产汽车,将会发现许多部件都有CO2激光制造的印记。


也许你会看到,车辆的安全信息已经在被标记在车窗玻璃上;汽车的轮胎上也有不少的信息;橡胶门封上的排水孔、甚至雨刮片上,为增加使用中水流量的小孔,都有CO2激光加工的身影。


刹车盘采用了激光毛化处理;混动或者纯电动汽车发卡电机的铜条表面釉质层采用激光去除;牌照框、仪表台、门板、灯盖、内柱、过滤器外壳和进气管等塑料零件已由被激光切割或修整。


CO2激光器的多功能性,让如今的汽车制造商不断寻找新材料以匹配使用这项成熟稳定的技术。


20多年来,Luxinar-罗悉激光一直拥有着前沿的激光技术,是输出功率1kW内封离型CO2激光器的主导制造商,除此之外,Luxinar也新推出了飞秒激光器。迄今为止,其超过18,000台激光器服务于全球各行各业。www.luxinar.com



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制造业汽车制造激光激光技术

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