Các thí nghiệm của nhóm Đức đã chứng minh: Hàn điện tử ô tô bằng laser ánh sáng xanh có thể tiết kiệm đáng kể nguyên liệu thô

Một nhóm nghiên cứu hợp tác của Đức gần đây đã công bố một tiến bộ mà họ đã làm việc cùng nhau để cung cấp cái nhìn chi tiết nhất về quy trình hàn laze cho đến nay. Lần đầu tiên, nhóm chung đã chứng minh rõ ràng rằng có thể tiết kiệm nguyên liệu thô khi hàn các thiết bị điện tử hiệu suất cao thông qua việc sử dụng laser bước sóng xanh.
Nhóm bao gồm các kết quả của một cuộc điều tra được hoàn thành với sự hợp tác giữa TRUMPF, Fraunhofer ILT và DESY, một viện nghiên cứu vật lý hạt lớn của Hiệp hội Helmholtz Đức. Mỗi chiếc xe điện đều được trang bị thiết bị điện tử hiệu suất cao như một công nghệ chính đảm bảo hiệu suất tối ưu của pin và động cơ.
Một số công ty và tổ chức được đề cập ở trên đang hợp tác với nhau trong các quy trình hàn laze để sản xuất xe điện, đóng góp kiến ​​thức chuyên môn cao của họ về tia X, nguồn laze và quy trình hàn, tương ứng. Họ đã phát hiện ra rằng khi sử dụng laser bước sóng xanh, tỷ lệ phế liệu được tạo ra thấp hơn nhiều so với các quy trình hàn laser khác, do đó giúp các nhà sản xuất ô tô tiết kiệm đáng kể nguyên liệu thô và mang lại lợi ích cho quá trình sản xuất bền vững hơn.
Trong quá trình nghiên cứu, họ đã chụp ảnh tốc độ cao ở vài nghìn đến 10,000 khung hình mỗi giây, với hy vọng sử dụng tia X bàn đạp ga để nghiên cứu nhằm hiểu chính xác nguyên nhân gây ra sự khác biệt trong kết quả hàn đồng.
Marc Hummel, nhà khoa học tại Viện Công nghệ Fraunhofer (Fraunhofer ILT), lưu ý rằng quy trình hàn ổn định rất quan trọng vì các nhà sản xuất xe điện thường cần hoàn thành hàng tỷ mối nối chất lượng cao. Trong tương lai, TRUMPF và Fraunhofer ILT có kế hoạch mở rộng nghiên cứu của họ sang các lĩnh vực khác, chẳng hạn như in 3D, cắt laser và đột lỗ laser xung siêu ngắn, đồng thời đưa các đối tác khác trong ngành vào nhóm cộng tác nói trên.
Tỷ lệ phế liệu thấp hơn với laser bước sóng xanh
Quá trình sản xuất xe điện đặt ra thách thức rất lớn cho công nghệ laser. Đồng là vật liệu quan trọng nhất để sản xuất các bộ phận cốt lõi của xe điện, một kim loại màu chỉ hấp thụ khoảng 5% bức xạ laze trong dải hồng ngoại gần (NIR) và có tính dẫn nhiệt rất tốt. Thật không may, cả hai thuộc tính này có thể gây ra các vấn đề đáng kể khi hàn. Do đó, các quy trình này thường yêu cầu kiểm tra hạt nhân chặt chẽ sau đó.
Ngoài laser NIR, laser bước sóng xanh cũng có sẵn trong danh mục sản phẩm của Trumpf. Mauritz Mοller, giám đốc ngành công nghiệp ô tô của Trumpf, lưu ý: "Laser có bước sóng xanh là giải pháp cho vấn đề này. Trên thực tế, đồng có thể được hàn tốt hơn bằng cách sử dụng các tia laze này."
Đồng hấp thụ bước sóng xanh tốt hơn nhiều so với tia hồng ngoại. Vì vật liệu đạt đến nhiệt độ nóng chảy nhanh hơn nên quá trình hàn cũng bắt đầu nhanh hơn và cần ít năng lượng laser hơn. Cuối cùng, quy trình hàn ổn định hơn cũng dẫn đến tỷ lệ phế liệu thấp hơn, góp phần vào quá trình sản xuất bền vững hơn.
thí nghiệm chân ga hạt
Để nghiên cứu chi tiết quy trình hàn, các chuyên gia từ Viện Công nghệ Công nghiệp Fraunhofer ở Đức đã hợp tác với Viện Công nghệ Laser tại Đại học RWTH Aachen ở Đức, nơi họ đang sử dụng nguồn sáng tia X PETRA III của DESY trong một thiết lập thử nghiệm tại Trung tâm Helmholtz ở Đức.
Marc Hummel giải thích: "Các phương pháp thông thường thực sự chỉ có thể nhìn thấy sự phát xạ điện từ của plasma. Với bức xạ của DESY, chúng ta không chỉ có thể nhìn thấy bên trong sự nóng chảy mà thậm chí còn có thể thấy động lực của sự nóng chảy trong thời gian thực."
Để đạt được mục tiêu này, nhóm từ Fraunhofer ILT và Trumpf đã nghiên cứu quy trình hàn laze tại DESY bằng cách sử dụng hai hệ thống laze khác nhau (laze cận hồng ngoại và laze bước sóng xanh). Mauritz Mοller cho biết: "Đối với chúng tôi, đây là một cơ hội tuyệt vời để nghiên cứu quá trình hàn các bộ phận công nghiệp. Ví dụ, cách hình thành vết bắn tóe và độ xốp và nhiệt từ quá trình hàn ảnh hưởng như thế nào đến các bộ phận nhạy cảm như linh kiện điện tử."