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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．

2-year project (full 3-year project): Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics (CFRTP) Material: PA6, Sample Size: 60×30× 1mm) In the infrared camera, the pulse waveform was measured and various functional characteristics (CFRTP plate surface temperature, displacement, curvature angle, and test piece surface state) were compared. The results show that the pulse waveform is the same, the computer pulse width is lower, and the pulse width is longer. This makes it possible to suppress the hot pulse and make large bending processing possible. For example, if you want to change the shape of the wave, you can change the shape of the wave. In addition, CFRTP's production and processing of sheet metal are discussed in detail. The results of the simulation of the implementation of the method of investigation of the light source are as follows: the light source of the light source. The number of re-examination loops is higher than that of carbon fiber. The carbon fiber dimension of the test piece depends on the complex force. The thickness of the plate is 1 mm. The number of re-examination loops is higher than 10 loops. The optimal number of re-examination loops is saturated. A square, the amount of light is the most appropriate, the amount of light is 4 mm. The number of cycles and the quantity of cycles are re-examined to optimize the process. In the future, the heat conduction analysis and the force analysis are selected to investigate the theory of machining and the proposal of high energy forming method.