Eksperymenty niemieckiego zespołu dowodzą: spawanie elektroniki samochodowej zielonym światłem laserowym może znacznie zaoszczędzić surowce

Współpracujący niemiecki zespół badawczy niedawno ogłosił postęp, w ramach którego wspólnie pracowali, aby zapewnić jak dotąd najbardziej szczegółowy wgląd w proces spawania laserowego. Wspólny zespół po raz pierwszy wyraźnie pokazał, że podczas spawania wysokowydajnej elektroniki za pomocą laserów o zielonej długości fali można zaoszczędzić surowiec.
Zespół obejmuje wyniki badań przeprowadzonych we współpracy między firmą TRUMPF, Fraunhofer ILT i DESY, dużym instytutem badawczym zajmującym się fizyką cząstek elementarnych Niemieckiego Stowarzyszenia Helmholtza. Każdy pojazd elektryczny jest wyposażony w wysokowydajną elektronikę jako kluczową technologię zapewniającą optymalną wydajność akumulatora i silnika.
Kilka z wyżej wymienionych firm i instytucji pracuje wspólnie nad procesami spawania laserowego do produkcji pojazdów elektrycznych, wnosząc swoją wysoce specjalistyczną wiedzę odpowiednio na temat promieni rentgenowskich, źródeł laserowych i procesów spawalniczych. Odkryli, że przy stosowaniu laserów o zielonej długości fali generowany wskaźnik odpadów jest znacznie niższy niż w przypadku innych procesów spawania laserowego, co pomaga producentom samochodów osiągnąć znaczne oszczędności surowców i przynosi korzyści w zakresie bardziej zrównoważonej produkcji.
Podczas badań wykonali zdjęcia z dużą szybkością od kilku tysięcy do 10,{2}} klatek na sekundę, mając nadzieję, że wykorzystają promieniowanie rentgenowskie pedału gazu do zbadania, co dokładnie powoduje różnice w wynikach spawania miedzi.
Marc Hummel, naukowiec z Fraunhofer Institute of Technology (Fraunhofer ILT), zauważył, że stabilny proces spawania jest ważny, ponieważ producenci pojazdów elektrycznych często muszą wykonać miliardy wysokiej jakości połączeń. W przyszłości firmy TRUMPF i Fraunhofer ILT planują rozszerzyć swoje badania na inne obszary, takie jak drukowanie 3D, cięcie laserowe i wykrawanie laserowe ultrakrótkimi impulsami, a także włączyć innych partnerów branżowych do wspomnianych zespołów współpracujących.
Niższe wskaźniki złomu dzięki laserom o zielonej długości fali
Proces produkcji pojazdów elektrycznych stanowi bardzo duże wyzwanie dla technologii laserowej. Miedź jest najważniejszym materiałem do produkcji głównych elementów pojazdów elektrycznych, metalem nieżelaznym, który pochłania tylko około 5 procent promieniowania laserowego w zakresie bliskiej podczerwieni (NIR) i ma bardzo dobre przewodnictwo cieplne. Niestety obie te właściwości mogą powodować spore problemy podczas lutowania. Dlatego procesy te zwykle wymagają późniejszej dokładnej kontroli jądrowej.
Oprócz laserów NIR w portfolio produktów firmy Trumpf dostępne są również lasery o zielonej długości fali. Rozwiązaniem tego problemu są lasery o zielonych długościach fal”, zauważa Mauritz Mοller, kierownik branży motoryzacyjnej firmy Trumpf. W rzeczywistości przy użyciu tych laserów miedź można spawać lepiej”.
Miedź znacznie lepiej pochłania zielone fale niż podczerwień. Ponieważ materiał szybciej osiąga temperaturę topnienia, proces spawania również rozpoczyna się szybciej i wymaga mniejszej mocy lasera. Wreszcie, bardziej stabilny proces spawania skutkuje również niższymi wskaźnikami braków, co przyczynia się do bardziej zrównoważonej produkcji.
Eksperymenty z pedałem gazu cząsteczkowego
Aby szczegółowo zbadać proces spawania, eksperci z Instytutu Technologii Przemysłowej im. instalacja eksperymentalna w Centrum Helmholtza w Niemczech.
Marc Hummel wyjaśnia: „Konwencjonalne metody pozwalają w rzeczywistości zobaczyć jedynie emisję elektromagnetyczną plazmy. Dzięki promieniowaniu DESY możemy nie tylko zobaczyć wnętrze topnienia, ale możemy nawet zobaczyć dynamikę topnienia w czasie rzeczywistym”.
W tym celu zespół z Fraunhofer ILT i Trumpf zbadał proces spawania laserowego w DESY przy użyciu dwóch różnych systemów laserowych (lasera bliskiej podczerwieni i lasera o zielonej długości fali). Mauritz Mοller powiedział: „Dla nas jest to świetna okazja do zbadania procesu spawania części przemysłowych. Na przykład, w jaki sposób powstają odpryski i porowatość oraz jak ciepło z procesu spawania wpływa na wrażliwe części, takie jak elementy elektroniczne”.