作為被動安全系統(tǒng)的一部分，汽車安全氣囊對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)與機械式模切系統(tǒng)相比具有較明顯的優(yōu)勢。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，還不會出現(xiàn)因模具制造而導(dǎo)致的生產(chǎn)計劃的延誤。另外，機械模切系統(tǒng)還存在許多自身的局限性，這源于其通過切割工具與材料之間的接觸進行加工的特性。與機械模切的接觸式加工方式不同的是，激光切割通過聚焦鏡將激光束聚焦在材料表面，使材料熔化，同時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運動，從而形成一定形狀的切縫。因此，激光切割是一個加熱分離的過程，在安全氣囊等織物切割時，材料熔化后分離，因此切割邊緣不會出現(xiàn)類似機械切割方式導(dǎo)致的毛邊現(xiàn)象。 此外，在激光切割過程中，織物的熔點比金屬低，因此激光光束的強度要求也不高，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，切割速度可以達到5m/min。 不過，一般的激光切割機在織物切割過程中由于設(shè)計的局限性未必能夠發(fā)揮其應(yīng)有的性能。常見的激光切割機都采用龍門架結(jié)構(gòu)，X和Y軸用于移動激光器和待切割材料。受制于這種結(jié)構(gòu)，激光焦點在材料上的動態(tài)性能就很差，因此在切割半徑較小的弧線或幾何圖形時，速度就很難提高，而且光束路徑的準(zhǔn)確性也不高。不過，一些激光切割機制造商采取了一些應(yīng)對的方法，比如采用更牢固的機器結(jié)構(gòu)、提高軸的驅(qū)動力、采用碳纖維增強材料部件來降低機器整體的重量，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，可以同時切割最多30層的織物。多層切割的優(yōu)勢很明顯——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，該生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜，因為在切割完成后必須進行材料的分離，而單層有時候還要被中間層再分開。此外，切割質(zhì)量很難做到一致，因此只能根據(jù)對切割質(zhì)量的要求來決定同時切割的層數(shù)。這也限制了激光切割的潛在加工效率和性能。 德國弗勞恩霍夫協(xié)會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)，解決激光焦點動態(tài)性能差問題的根本是采用高動態(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，其質(zhì)量較輕，因此即使在較高的切割速度下，光束的移動也很準(zhǔn)確。大概可以實現(xiàn)10g的加速度。這樣的動態(tài)性能在不采用切割輔助氣的情況也可以實現(xiàn)，不過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，功率可以達到幾千瓦。加工距離可以達到2m，范圍可達1m×1m。更高的激光功率與更長焦距相結(jié)合，提供了更高的光束質(zhì)量，因此在織物加工中能實現(xiàn)每秒切割數(shù)米的切割速度。 常見的遠(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。光點的移動主要通過掃描鏡片完成。工作距離、加工范圍和焦距之間的關(guān)聯(lián)非常復(fù)雜，因此可同時加工到的材料范圍有限。德國一家公司通過與弗勞恩霍夫協(xié)會的合作設(shè)計了一種切割系統(tǒng)，在安全氣囊激光切割方面具有借鑒意義。該設(shè)計的原理是，在切割過程中不斷移動織物，同時讓掃描光學(xué)元件來回擺動來覆蓋到整塊材料。采用這種方法在即使采用一個掃描頭和一臺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材料的時間。即使是單層切割，整個系統(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，嵌套達到7m長。該系統(tǒng)比多層切割系統(tǒng)更牢固，還配備了交換臺和排氣系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的最大特點就是其可升級性和模塊化的設(shè)計。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織成一塊織物。對切割系統(tǒng)來說，一次成型式安全氣囊切割的最大挑戰(zhàn)是如何對面料的不平整進行自動修復(fù)，比如收縮或褶皺等。材料上的參照點必須通過攝像頭來捕捉，然后操作系統(tǒng)對探測到的位置進行分析，根據(jù)材料的真實屬性重新計算激光切割的路徑。 將多軸系統(tǒng)與不同的動態(tài)和機械性能結(jié)合起來需要對運動進行智能化的分割處理。在這里，材料移動的最快速度是主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)。將激光束移動的參考路徑在掃描頭軸向運動和數(shù)控主軸運動之間進行分割，可以在被切割的不同部分之間以最短的時間定位。 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。通過將不同的動態(tài)和機械參數(shù)與軸系統(tǒng)相結(jié)合，可以進一步改善該技術(shù)，這樣，與傳統(tǒng)的沖裁或機械切割相比，在安全氣囊等汽車織物切割方面，激光技術(shù)更具優(yōu)勢，更能滿足當(dāng)前汽車制造商對生產(chǎn)效率和成本效益的要求。