Feasibility study of robotised laser surface texturing for carbon fiber components

This thesis presents a feasibility study on the application of a robotised Laser Surface Texturing (LST) process for carbon fiber reinforced polymer (CFRP) components. The aim was to investigate the potentialities of integrating a CO2 laser source with a six-degree-of-freedom robotic system to texture curved surfaces and consequently modify their surface properties, particularly enhancing paint adhesion. The proposed setup consisted of a fixed laser system and a robotic arm used to manipulate the CFRP workpiece under the laser beam. Since direct synchronization between the laser and robot was not possible, a tessellation-based approach was developed to discretize the target surface and convert each texture point into coordinates readable by the robot. The experimental results demonstrated that robotised LST on curved CFRP surfaces is technically feasible and capable of reproducing textures comparable to those obtained on flat substrates. However, the process strongly depends on the accuracy of each stage, from geometry acquisition to trajectory computation, since even small errors can lead to untextured or overlapping regions. Although the results are already promising, a more detailed study will be required to fine-tune the process parameters and to minimize the discontinuities introduced by the tessellation.

La presente tesi riguarda uno studio di fattibilità sull’applicazione di un processo di Laser Surface Texturing (LST) robotizzato per componenti in polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP). L’obiettivo è stato quello di indagare le potenzialità dell’integrazione di una sorgente laser CO2 con un sistema robotico a sei gradi di libertà, al fine di texturizzare superfici curve e modificare le loro proprietà superficiali, in particolare migliorando l’adesione della vernice. Il setup sperimentale proposto era costituito da un sistema laser fisso e da un braccio robotico utilizzato per movimentare il campione in CFRP sotto il fascio laser. Poiché non era possibile ottenere una sincronizzazione diretta tra il laser e il robot, è stato sviluppato un approccio basato sulla tassellazione della superficie, che ha permesso di discretizzare la geometria del pezzo e convertire ciascun punto della texture in coordinate leggibili dal robot. I risultati sperimentali hanno dimostrato che l’LST robotizzato su superfici curve in CFRP è tecnicamente realizzabile e in grado di riprodurre texture comparabili a quelle ottenute su superfici piane. Tuttavia, il processo dipende fortemente dall’accuratezza di ciascuna fase, dall’acquisizione della geometria al calcolo della traiettoria, poiché anche piccoli errori possono generare regioni non lavorate o di sovrapposizione. Sebbene i risultati siano promettenti, sarà necessario uno studio più approfondito per mettere a punto i parametri di processo e minimizzare le discontinuità introdotte dalla tassellazione.