約50年來，飛機制造商一直在使用纖維增強塑料（Fiber-Reinforced Plastic, FRP）材料。隨著行業(yè) 對FRP材料優(yōu)點的認(rèn)識越來越深，這種材料的使用率也在逐年穩(wěn)步提高。盡管在最初的時候FRP材料比傳統(tǒng)材料的成本要高一些，但是其在效率、保養(yǎng)和燃料節(jié)省收益上的優(yōu)勢非常明顯，因此這些優(yōu)勢才可以彌補在飛機初始投資成本較高的劣勢。
碳纖維增強塑料（CFRP）和玻璃纖維增強塑料（GFRP）由束縛在聚合樹脂里的碳纖維或玻璃纖維基底組成，從而帶來許多滿足需要的特性，最顯著的就是高強度重量比，還有高硬度、低熱膨脹系數(shù)以及優(yōu)異的耐腐蝕性。
使用較輕的FRP材料來制造飛機，每年能夠在飛行上節(jié)省幾百萬美元的燃料成本。舉例來說，波音787“夢想客機”在使用壽命期間節(jié)省的飛機保養(yǎng)費用約為3000萬至4000萬美元之間。
FRP材料的優(yōu)點有很多，但眾所周知的是這種材料非常難加工。傳統(tǒng)的加工方法，比如機械銑削和鉆孔，會引起破片、熱損害、分層、纖維拔出以及對工具的嚴(yán)重磨損。近來，人們研究使用水注切割，但還是會引起纖維分層以及其他的實用性限制。舉例來說，當(dāng)加工起始的地方不是在材料的邊緣時，就需要鉆一個導(dǎo)向鉆孔。作為一種非接觸式的材料移除工藝，激光加工能夠提供解決上述問題的方案。然而，一直以來，在這種應(yīng)用中，激光和材料之間的相互作用尚沒有得到廣泛理解。針對這個問題，JK Lasers公司聯(lián)合英國利物浦約翰摩爾大學(xué)（John Moores University）一起開展了研究。
為了讓研究人員更加了解激光和材料之間的相互作用，在研究中使用了兩種光束特性不同的激光源來加工。使用帶有鉆孔噴嘴的Nd:YAG激光器JK300D（以光纖傳輸，具有高峰值功率）來進(jìn)行沖擊鉆孔試驗。使用帶有切割噴嘴的200瓦單模光纖激光器JK200FL進(jìn)行切割試驗。使用配有掃描頭的JK200FL進(jìn)行穿孔和銑削試驗。
激光和材料的相互作用
影響FRP加工的主要因素在于碳纖維或玻璃纖維與聚合物基底相比，特性差異極大。汽化纖維要求的激光功率要比汽化聚合物的高很多。
當(dāng)處理CFRP時，物件的反應(yīng)差異是最明顯的。汽化聚合物僅僅要求少量的熱能，而碳纖維的導(dǎo)熱能力非常好，這也意味著在切割纖維前，大量的能量已經(jīng)被傳導(dǎo)走了。因此，對于高品質(zhì)激光加工來說，必須特別注意管理材料的熱量輸入。
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