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上海光機(jī)所在碳纖維復(fù)合材料激光輔助自動(dòng)鋪放方面取得新進(jìn)展
2025-12-10 08:54:15中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所閱讀量：17054 我要評(píng)論
近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高端光電裝備部激光智能制造技術(shù)研發(fā)中心楊上陸研究員團(tuán)隊(duì)在碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料激光輔助自動(dòng)鋪帶(laser-assisted automatic tape placement ,LATP)技術(shù)研究中取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了鋪層方向與工藝參數(shù)之間的動(dòng)態(tài)耦合機(jī)制，提出了基于鋪層角度的差異化工藝優(yōu)化方法，顯著提升了正交鋪層層合板的層間性能。相關(guān)成果以“Research on the dynamic coupling mechanism of layup directions and process parameters in CF/PAEK laser-assisted automated tape placement”為題，發(fā)表于Journal of Materials Research and Technology。
碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料因其輕質(zhì)高強(qiáng)、可回收等優(yōu)勢，在航空航天、汽車等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。然而，在激光輔助自動(dòng)鋪放過程中，鋪層方向?qū)す馍⑸?、缺陷形成及層間緊密結(jié)合具有顯著影響?，F(xiàn)有工藝優(yōu)化手段多源于靜態(tài)分析或單向鋪層的簡化假設(shè)，難以指導(dǎo)實(shí)際工程中多向?qū)雍习宓闹圃臁?br />
針對(duì)上述問題，該研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，結(jié)合紅外熱成像與高速攝像技術(shù)，系統(tǒng)揭示了正交鋪層與單向鋪層在表面波紋度、緊密接觸形成及激光散射行為方面的差異。研究發(fā)現(xiàn)，90°鋪層對(duì)激光功率更為敏感，激光散射更小，但易因表面波紋產(chǎn)生熱分解孔隙，同時(shí)交叉纖維導(dǎo)致層間緊密結(jié)合不良?；诖?，研究提出了針對(duì)正交鋪層的熱-力調(diào)控方法。實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的正交鋪層層合板層間剪切強(qiáng)度提升25.45%，孔隙率降低41.6%。本研究從動(dòng)態(tài)角度揭示了鋪層方向?qū)ATP工藝的影響機(jī)制，并通過統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)地量化這些差異，為復(fù)合材料構(gòu)件多角度層合板制造提供了理論依據(jù)與工藝優(yōu)化路徑，對(duì)提高高性能復(fù)合材料制造質(zhì)量具有重要意義。
相關(guān)工作得到了上海市啟明星項(xiàng)目(揚(yáng)帆專項(xiàng))等項(xiàng)目支持。
圖1 鋪層方向各因素影響大小餅狀圖：(a)正交鋪層；(b) 單向鋪層。
圖2 不同工藝優(yōu)化方法制備的正交層合板性能：(a) ILSS；(b) Ra和層間孔隙度。
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