作為被動(dòng)安全系統(tǒng)的一部分，汽車安全氣囊對(duì)提高乘客安全性起到了非常重要的作用。這些各式各樣的安全氣囊需要高效靈活的加工解決方案。 在汽車內(nèi)飾中，有一些織物的切割在傳統(tǒng)上一般采用機(jī)械模切的方式，如汽車地毯、汽車座墊 和安全氣囊織物。激光切割在金屬加工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如今，這種高效的加工工藝已經(jīng)逐漸應(yīng)用到汽車織物如安全氣囊的切割加工中。激光切割系統(tǒng)與機(jī)械式模切系統(tǒng)相比具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，激光系統(tǒng)不采用切割模具，這不僅節(jié)省了模具本身的成本，還不會(huì)出現(xiàn)因模具制造而導(dǎo)致的生產(chǎn)計(jì)劃的延誤。另外，機(jī)械模切系統(tǒng)還存在許多自身的局限性，這源于其通過(guò)切割工具與材料之間的接觸進(jìn)行加工的特性。與機(jī)械模切的接觸式加工方式不同的是，激光切割通過(guò)聚焦鏡將激光束聚焦在材料表面，使材料熔化，同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而形成一定形狀的切縫。因此，激光切割是一個(gè)加熱分離的過(guò)程，在安全氣囊等織物切割時(shí)，材料熔化后分離，因此切割邊緣不會(huì)出現(xiàn)類似機(jī)械切割方式導(dǎo)致的毛邊現(xiàn)象。 此外，在激光切割過(guò)程中，織物的熔點(diǎn)比金屬低，因此激光光束的強(qiáng)度要求也不高，功率在幾百瓦左右的連續(xù)激光器都可以滿足要求，比如可以采用功率為300W的CO2激光器，切割速度可以達(dá)到5m/min。 不過(guò)，一般的激光切割機(jī)在織物切割過(guò)程中由于設(shè)計(jì)的局限性未必能夠發(fā)揮其應(yīng)有的性能。常見(jiàn)的激光切割機(jī)都采用龍門(mén)架結(jié)構(gòu)，X和Y軸用于移動(dòng)激光器和待切割材料。受制于這種結(jié)構(gòu)，激光焦點(diǎn)在材料上的動(dòng)態(tài)性能就很差，因此在切割半徑較小的弧線或幾何圖形時(shí)，速度就很難提高，而且光束路徑的準(zhǔn)確性也不高。不過(guò)，一些激光切割機(jī)制造商采取了一些應(yīng)對(duì)的方法，比如采用更牢固的機(jī)器結(jié)構(gòu)、提高軸的驅(qū)動(dòng)力、采用碳纖維增強(qiáng)材料部件來(lái)降低機(jī)器整體的重量，或者采用多層切割的方式。 多層切割系統(tǒng)的發(fā)展提高了織物激光切割的效率，可以同時(shí)切割最多30層的織物。多層切割的優(yōu)勢(shì)很明顯——較單層切割相比，多層切割可以大大提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。不過(guò)，該生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜，因?yàn)樵谇懈钔瓿珊蟊仨氝M(jìn)行材料的分離，而單層有時(shí)候還要被中間層再分開(kāi)。此外，切割質(zhì)量很難做到一致，因此只能根據(jù)對(duì)切割質(zhì)量的要求來(lái)決定同時(shí)切割的層數(shù)。這也限制了激光切割的潛在加工效率和性能。 德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)位于德累斯頓市的材料和射線研究所試圖將用于激光打標(biāo)行業(yè)的振鏡掃描儀應(yīng)用到織物激光切割系統(tǒng)中，來(lái)解決上述激光切割具有的局限性。研究人員發(fā)現(xiàn)，解決激光焦點(diǎn)動(dòng)態(tài)性能差問(wèn)題的根本是采用高動(dòng)態(tài)光束折射方法，即采用快速傾斜反射鏡將激光光束折射到材料上。折射鏡隨著振鏡掃描儀移動(dòng)，其質(zhì)量較輕，因此即使在較高的切割速度下，光束的移動(dòng)也很準(zhǔn)確。大概可以實(shí)現(xiàn)10g的加速度。這樣的動(dòng)態(tài)性能在不采用切割輔助氣的情況也可以實(shí)現(xiàn)，不過(guò)在切割邊緣上的殘留材料需要被完全氣化掉。 在這種遠(yuǎn)程激光加工中，一般采用連續(xù)激光輻射方式，功率可以達(dá)到幾千瓦。加工距離可以達(dá)到2m，范圍可達(dá)1m×1m。更高的激光功率與更長(zhǎng)焦距相結(jié)合，提供了更高的光束質(zhì)量，因此在織物加工中能實(shí)現(xiàn)每秒切割數(shù)米的切割速度。 常見(jiàn)的遠(yuǎn)程激光切割系統(tǒng)包含掃描光學(xué)元件，且放置于材料上方。光點(diǎn)的移動(dòng)主要通過(guò)掃描鏡片完成。工作距離、加工范圍和焦距之間的關(guān)聯(lián)非常復(fù)雜，因此可同時(shí)加工到的材料范圍有限。德國(guó)一家公司通過(guò)與弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)的合作設(shè)計(jì)了一種切割系統(tǒng)，在安全氣囊激光切割方面具有借鑒意義。該設(shè)計(jì)的原理是，在切割過(guò)程中不斷移動(dòng)織物，同時(shí)讓掃描光學(xué)元件來(lái)回?cái)[動(dòng)來(lái)覆蓋到整塊材料。采用這種方法在即使采用一個(gè)掃描頭和一臺(tái)激光器的情況下就可以切割各種寬度的織物。 采用該系統(tǒng)進(jìn)行單層切割，省卻了織物層之間的分隔材料，通常為錫箔或紙，此外還省掉了工作人員分開(kāi)材料的時(shí)間。即使是單層切割，整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)量依然比采用雙掃描頭的系統(tǒng)高10~100%，具體取決于切割的輪廓和長(zhǎng)度。此外，該系統(tǒng)占地面積與多層切割系統(tǒng)相比減少了三分之二，嵌套達(dá)到7m長(zhǎng)。該系統(tǒng)比多層切割系統(tǒng)更牢固，還配備了交換臺(tái)和排氣系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是其可升級(jí)性和模塊化的設(shè)計(jì)。此外，它還可以切割一次成型式安全氣囊。這種安全氣囊采用多層紡織技術(shù)，可以將多片材料同時(shí)織成一塊織物。對(duì)切割系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一次成型式安全氣囊切割的最大挑戰(zhàn)是如何對(duì)面料的不平整進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，比如收縮或褶皺等。材料上的參照點(diǎn)必須通過(guò)攝像頭來(lái)捕捉，然后操作系統(tǒng)對(duì)探測(cè)到的位置進(jìn)行分析，根據(jù)材料的真實(shí)屬性重新計(jì)算激光切割的路徑。 將多軸系統(tǒng)與不同的動(dòng)態(tài)和機(jī)械性能結(jié)合起來(lái)需要對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行智能化的分割處理。在這里，材料移動(dòng)的最快速度是主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)。將激光束移動(dòng)的參考路徑在掃描頭軸向運(yùn)動(dòng)和數(shù)控主軸運(yùn)動(dòng)之間進(jìn)行分割，可以在被切割的不同部分之間以最短的時(shí)間定位。 遠(yuǎn)程切割技術(shù)使加工各種輪廓和不同寬度的織物材料成為可能。通過(guò)將不同的動(dòng)態(tài)和機(jī)械參數(shù)與軸系統(tǒng)相結(jié)合，可以進(jìn)一步改善該技術(shù)，這樣，與傳統(tǒng)的沖裁或機(jī)械切割相比，在安全氣囊等汽車織物切割方面，激光技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，更能滿足當(dāng)前汽車制造商對(duì)生產(chǎn)效率和成本效益的要求。