來源：中科煜宸 作者：中科煜宸 時(shí)間：2024-07-12 09:29:24 已閱：0次
碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）是一種高性能復(fù)合材料，結(jié)合了碳纖維的優(yōu)異物理化學(xué)性能和聚合物基體的加工特性，具有高強(qiáng)度、高剛性、低密度、低熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良的抗疲勞性能。此外，CFRP對(duì)大多數(shù)酸、堿和溶劑具有很好的耐腐蝕性。
*碳纖維
CFRP在多個(gè)高要求領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用
在航空航天領(lǐng)域，CFRP被用于飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、衛(wèi)星和火箭部件，以減輕重量并提高燃油效率；在汽車工業(yè)中，CFRP用于制造車身、底盤和內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，幫助減輕車輛重量，提高燃油效率和性能。在飛行汽車領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?。此外，CFRP在體育用品、風(fēng)電葉片、先進(jìn)艦船、軌道交通車輛、燃料電池、特種管筒、公共基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)療和工業(yè)設(shè)備等眾多領(lǐng)域有著實(shí)際和潛在的應(yīng)用。
*CFRP在eVTOL領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
CFRP的傳統(tǒng)加工方式主要有
機(jī)械加工、激光加工、水刀切割和超聲波加工
機(jī)械加工包括車削、銑削、鉆孔和鋸切等方法，雖然操作技術(shù)相對(duì)成熟，但刀具磨損快，容易導(dǎo)致材料熱損傷和纖維拉絲。激光加工具備高精度和非接觸的優(yōu)點(diǎn)，但可能會(huì)形成熱影響區(qū)，導(dǎo)致樹脂基體的損傷或分解，且設(shè)備成本較高。水刀切割避免了熱損傷，但速度較慢，且可能殘留磨料。超聲波加工產(chǎn)生的熱量少，刀具壽命長，但設(shè)備復(fù)雜且昂貴，加工速度較慢。
*傳統(tǒng)機(jī)械加工（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
水導(dǎo)激光加工CFRP相較于
傳統(tǒng)的加工方式具有顯著優(yōu)勢(shì)
什么是水導(dǎo)激光
水導(dǎo)激光的基本概念是利用水作為導(dǎo)光介質(zhì)來傳輸激光。傳統(tǒng)的光纖通常由玻璃或塑料制成，內(nèi)部通過全內(nèi)反射來傳導(dǎo)光。而水導(dǎo)激光系統(tǒng)則利用水的特殊光學(xué)特性，特別是其對(duì)特定波長激光的高透明度和低損耗特性。光在介質(zhì)中傳播時(shí)，當(dāng)光從高折射率介質(zhì)進(jìn)入低折射率介質(zhì)時(shí)，如果入射角大于某一臨界角，光將會(huì)在界面發(fā)生全內(nèi)反射。傳統(tǒng)光纖即利用此原理，通過玻璃纖維內(nèi)外層折射率的差異，使光在纖維內(nèi)部多次反射而傳輸。水導(dǎo)激光則利用水的折射率（約為1.33）與周圍空氣的折射率（約為1.0）的差異，同樣可以實(shí)現(xiàn)全內(nèi)反射。這樣，激光可以在水中沿著特定路徑傳輸，類似于光纖中的光傳播。
*CFRP-剖面形貌
熱影響區(qū)小▂
水導(dǎo)激光通過高壓水流引導(dǎo)激光束進(jìn)行加工，有效冷卻材料并帶走熱量，極大地減少了熱影響區(qū)。這避免了碳纖維和樹脂基體的熱損傷，如樹脂分解、碳纖維燒灼等問題，從而保持了CFRP材料的原有力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)完整性。
*CFRP-正面形貌
高精度▂
激光束的高精度切割能力使水導(dǎo)激光能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形狀和精細(xì)特征的加工，遠(yuǎn)超過機(jī)械加工和傳統(tǒng)激光加工的精度。這對(duì)于需要高精度零件的航空航天、醫(yī)療器械等高端應(yīng)用領(lǐng)域尤為重要。
*CFRP-剖面形貌
減少機(jī)械應(yīng)力▂
由于水導(dǎo)激光是非接觸加工，不會(huì)對(duì)材料施加機(jī)械應(yīng)力，避免了傳統(tǒng)機(jī)械加工中常見的纖維拉絲、分層和微裂紋等問題，從而提高了加工質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性。
*CFRP-剖面放大形貌
清潔加工▂
水流不僅冷卻材料，還能帶走加工產(chǎn)生的廢料、煙塵和碳化物，保持加工區(qū)域的清潔。這改善了工作環(huán)境，并減少了對(duì)后續(xù)清理工作的需求，提升了整體加工效率。
刀具磨損問題的消除▂
傳統(tǒng)機(jī)械加工的一個(gè)主要問題是刀具磨損快，特別是加工高硬度和磨蝕性的CFRP時(shí)，需要頻繁更換刀具，增加了生產(chǎn)成本和時(shí)間。水導(dǎo)激光加工無需刀具接觸材料，從根本上解決了刀具磨損問題，提高了加工連續(xù)性和穩(wěn)定性。
*CFRP-切面形貌放大
靈活性和適應(yīng)性▂
水導(dǎo)激光可以靈活調(diào)整加工參數(shù)，適應(yīng)不同厚度和類型的CFRP材料，適用范圍廣泛。這種靈活性使其能夠快速響應(yīng)不同的生產(chǎn)需求和設(shè)計(jì)變更，適合多品種、小批量生產(chǎn)模式。
水導(dǎo)激光加工CFRP在減少熱影響區(qū)、提高加工精度、避免機(jī)械應(yīng)力、保持加工環(huán)境清潔、消除刀具磨損問題以及增強(qiáng)加工靈活性方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，使其成為加工CFRP材料的優(yōu)選技術(shù)。
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南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司（以下簡稱“中科煜宸”）成立于2013年，專注于激光智能制造裝備及工藝領(lǐng)域11年。
中科煜宸是瑞士Synova公司在中國的航空、航天和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)/工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)獨(dú)家代理，以及全球OEM伙伴。
中科煜宸立足于自主創(chuàng)新，致力于推進(jìn)先進(jìn)水導(dǎo)激光設(shè)備的國產(chǎn)化開發(fā)和本土化服務(wù)，現(xiàn)已發(fā)布五款（RJ系列：RJ203、RJ205、RJ305、RJ505、RJ1005）標(biāo)準(zhǔn)型水導(dǎo)激光加工設(shè)備，覆蓋了航空航天和一般工業(yè)市場(chǎng)上主流的小、中、大型零件的加工能力。
公司通過近三年的工藝開發(fā)和技術(shù)積累，已服務(wù)近百家客戶，建立了完善的多金屬（鋁合金、不銹鋼、鈦合金、高溫合金、銅合金）、復(fù)合材料（CFRP、CMC）、熱障涂層（TBC）、半導(dǎo)體（ALN、GaN、SIN）、金剛石以及多種脆硬材料（磁鋼、鎢鋼、陶瓷）等三十余種材料的水導(dǎo)激光工藝數(shù)據(jù)庫。
