Експерименти німецької команди доводять: лазерне зварювання автомобільної електроніки зеленим світлом може значно заощадити сировину

Спільна німецька дослідницька група нещодавно оголосила про прогрес, у якому вони працювали разом, щоб забезпечити найдетальніше розуміння процесу лазерного зварювання на сьогоднішній день. Об’єднана команда вперше чітко продемонструвала, що при зварюванні високопродуктивної електроніки можна заощадити сировину завдяки використанню лазерів зеленої довжини хвилі.
Команда включає результати дослідження, проведеного у співпраці між TRUMPF, Fraunhofer ILT і DESY, великим дослідницьким інститутом фізики елементарних частинок Німецької асоціації Гельмгольца. Кожен електромобіль оснащено високопродуктивною електронікою як ключовою технологією, яка забезпечує оптимальну роботу акумулятора та двигуна.
Кілька компаній та установ, згаданих вище, разом працюють над процесами лазерного зварювання для виробництва електромобілів, надаючи свої вузькоспеціалізовані знання про рентгенівські промені, лазерні джерела та процеси зварювання, відповідно. Вони виявили, що при використанні лазерів із зеленою довжиною хвилі кількість брухту набагато нижча, ніж при інших процесах лазерного зварювання, що допомагає автовиробникам досягти значної економії сировини та сприяти більш екологічному виробництву.
Під час дослідження вони робили високошвидкісні зображення зі швидкістю від кількох тисяч до 10000 кадрів на секунду, сподіваючись використати рентгенівське випромінювання педалей частинок газу, щоб дослідити, що саме спричиняє різницю в результатах зварювання міді.
Марк Хаммел, науковець з Технологічного інституту Фраунгофера (Fraunhofer ILT), зазначив, що стабільний процес зварювання важливий, оскільки виробникам електромобілів часто потрібно виконати мільярди високоякісних з’єднань. У майбутньому TRUMPF і Fraunhofer ILT планують розширити свої дослідження в інших областях, таких як 3D-друк, лазерне різання та ультракоротке імпульсне лазерне штампування, а також залучити інших галузевих партнерів до вищезазначених спільних команд.
Менші показники браку завдяки лазерам із зеленою довжиною хвилі
Виробничий процес електромобілів є дуже серйозним викликом для лазерної технології. Мідь є найважливішим матеріалом для виготовлення основних компонентів електромобілів, кольорового металу, який поглинає лише близько 5 відсотків лазерного випромінювання в ближньому інфрачервоному діапазоні (NIR) і має дуже хорошу теплопровідність. На жаль, обидві ці властивості можуть викликати значні проблеми при паянні. Тому ці процеси зазвичай вимагають подальшої ретельної ядерної перевірки.
На додаток до лазерів NIR, лазери із зеленою довжиною хвилі також доступні в асортименті продуктів Trumpf. Лазери із зеленими довжинами хвиль є вирішенням цієї проблеми", - зазначає Мауріц Моллер, менеджер автомобільної промисловості компанії Trumpf. Фактично, мідь можна зварювати краще за допомогою цих лазерів".
Мідь поглинає зелені хвилі набагато краще, ніж інфрачервоні. Оскільки матеріал досягає температури плавлення швидше, процес зварювання також розпочинається швидше та вимагає меншої потужності лазера. Нарешті, більш стабільний процес зварювання також призводить до зниження кількості браку, що сприяє більш екологічному виробництву.
Експерименти з педаллю частинок газу
Щоб детально вивчити процес зварювання, експерти з Інституту промислових технологій Фраунгофера в Німеччині розпочали співпрацю з Інститутом лазерних технологій при RWTH Аахенському університеті в Німеччині, де вони використовують джерело рентгенівського світла DESY PETRA III у експериментальна установка в Центрі Гельмгольца в Німеччині.
Марк Хаммел пояснює: «Звичайні методи фактично можуть побачити лише електромагнітне випромінювання плазми. За допомогою випромінювання DESY ми можемо не тільки побачити внутрішню частину плавлення, але навіть можемо побачити динаміку плавлення в реальному часі».
З цією метою команда Fraunhofer ILT і Trumpf вивчала процес лазерного зварювання в DESY з використанням двох різних лазерних систем (лазер ближнього інфрачервоного випромінювання та лазер із зеленою довжиною хвилі). Мауріц Моллер сказав: «Для нас це чудова можливість вивчити процес зварювання промислових частин. Наприклад, як утворюються бризки та пористість і як тепло від процесу зварювання впливає на чутливі частини, такі як електронні компоненти».