Gli esperimenti del team tedesco lo dimostrano: la saldatura laser a luce verde per l'elettronica automobilistica può far risparmiare significativamente le materie prime

Un team di ricerca tedesco collaborativo ha recentemente annunciato un progresso in cui hanno lavorato insieme per fornire la visione più dettagliata del processo di saldatura laser fino ad oggi. Il team congiunto ha chiaramente dimostrato per la prima volta che la materia prima può essere risparmiata durante la saldatura di componenti elettronici ad alte prestazioni mediante l'uso di laser a lunghezza d'onda verde.
Il team include i risultati di un'indagine completata in collaborazione tra TRUMPF, Fraunhofer ILT e DESY, un grande istituto di ricerca sulla fisica delle particelle dell'Associazione tedesca Helmholtz. Ogni veicolo elettrico è dotato di un'elettronica ad alte prestazioni come tecnologia chiave che garantisce prestazioni ottimali della batteria e del motore.
Molte delle aziende e delle istituzioni sopra menzionate stanno lavorando insieme sui processi di saldatura laser per la produzione di veicoli elettrici, contribuendo rispettivamente con la loro conoscenza altamente specializzata di raggi X, sorgenti laser e processi di saldatura. Hanno scoperto che quando si utilizzano laser a lunghezza d'onda verde, il tasso di scarto generato è molto inferiore rispetto ad altri processi di saldatura laser, aiutando così le case automobilistiche a ottenere risparmi significativi nelle materie prime e a beneficiare di una produzione più sostenibile.
Durante lo studio, hanno acquisito immagini ad alta velocità da diverse migliaia a 10,000 fotogrammi al secondo, sperando di utilizzare i raggi X del pedale del gas delle particelle per studiare per capire esattamente cosa causa la differenza nei risultati della saldatura del rame.
Marc Hummel, uno scienziato del Fraunhofer Institute of Technology (Fraunhofer ILT), ha osservato che un processo di saldatura stabile è importante perché i produttori di veicoli elettrici spesso devono completare miliardi di connessioni di alta qualità. In futuro, TRUMPF e Fraunhofer ILT prevedono di espandere la loro ricerca in altre aree, come la stampa 3D, il taglio laser e la punzonatura laser a impulsi ultracorti, e di includere altri partner del settore nei suddetti team di collaborazione.
Tassi di scarto inferiori con i laser a lunghezza d'onda verde
Il processo di produzione dei veicoli elettrici rappresenta una grande sfida per la tecnologia laser. Il rame è il materiale più importante per la produzione dei componenti principali dei veicoli elettrici, un metallo non ferroso che assorbe solo il 5% circa della radiazione laser nella gamma del vicino infrarosso (NIR) e ha un'ottima conduttività termica. Sfortunatamente, entrambe queste proprietà possono causare notevoli problemi durante la saldatura. Pertanto, questi processi di solito richiedono un successivo controllo nucleare ravvicinato.
Oltre ai laser NIR, nel portafoglio di prodotti Trumpf sono disponibili anche laser a lunghezza d'onda verde. I laser con lunghezze d'onda verdi sono la soluzione a questo problema", osserva Mauritz Mοller, responsabile dell'industria automobilistica di Trumpf. In effetti, il rame può essere saldato meglio utilizzando questi laser".
Il rame assorbe le lunghezze d'onda verdi molto meglio dell'infrarosso. Poiché il materiale raggiunge la sua temperatura di fusione più velocemente, anche il processo di saldatura inizia più velocemente e richiede meno potenza del laser. Infine, un processo di saldatura più stabile si traduce anche in tassi di scarto inferiori, il che contribuisce a una produzione più sostenibile.
Esperimenti con il pedale dell'acceleratore a particelle
Per studiare in dettaglio il processo di saldatura, gli esperti del Fraunhofer Institute for Industrial Technology in Germania hanno avviato una collaborazione con l'Institute for Laser Technology dell'Università RWTH Aachen in Germania, dove stanno utilizzando la sorgente luminosa a raggi X PETRA III di DESY in un allestimento sperimentale presso il Centro Helmholtz in Germania.
Marc Hummel spiega: "I metodi convenzionali possono effettivamente vedere solo l'emissione elettromagnetica del plasma. Con la radiazione di DESY, non solo possiamo vedere l'interno dello scioglimento, ma possiamo anche vedere la dinamica dello scioglimento in tempo reale".
A tal fine, il team di Fraunhofer ILT e Trumpf ha studiato il processo di saldatura laser presso DESY utilizzando due diversi sistemi laser (laser nel vicino infrarosso e laser a lunghezza d'onda verde). Mauritz Mοller ha affermato: "Per noi, questa è una grande opportunità per studiare il processo di saldatura di parti industriali. Ad esempio, come si formano spruzzi e porosità e come il calore del processo di saldatura influisce su parti sensibili come i componenti elettronici."