【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高端光電裝備部激光智能制造技術研發中心楊上陸研究員團隊在碳纖維增強熱塑性復合材料激光輔助自動鋪帶(laser-assisted automatic tape placement ,LATP)技術研究中取得重要進展。團隊系統研究了鋪層方向與工藝參數之間的動態耦合機制，提出了基于鋪層角度的差異化工藝優化方法，顯著提升了正交鋪層層合板的層間性能。相關成果以“Research on the dynamic coupling mechanism of layup directions and process parameters in CF/PAEK laser-assisted automated tape placement”為題，發表于Journal of Materials Research and Technology。
碳纖維增強熱塑性復合材料因其輕質高強、可回收等優勢，在航空航天、汽車等領域具有廣闊應用前景。然而，在激光輔助自動鋪放過程中，鋪層方向對激光散射、缺陷形成及層間緊密結合具有顯著影響。現有工藝優化手段多源于靜態分析或單向鋪層的簡化假設，難以指導實際工程中多向層合板的制造。
針對上述問題，該研究團隊通過設計正交試驗，結合紅外熱成像與高速攝像技術，系統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。研究發現，90°鋪層對激光功率更為敏感，激光散射更小，但易因表面波紋產生熱分解孔隙，同時交叉纖維導致層間緊密結合不良。基于此，研究提出了針對正交鋪層的熱-力調控方法。實驗表明，優化后的正交鋪層層合板層間剪切強度提升25.45%，孔隙率降低41.6%。本研究從動態角度揭示了鋪層方向對LATP工藝的影響機制，并通過統計分析系統地量化這些差異，為復合材料構件多角度層合板制造提供了理論依據與工藝優化路徑，對提高高性能復合材料制造質量具有重要意義。
相關工作得到了上海市啟明星項目(揚帆專項)等項目支持。
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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