La ricerca sulla saldatura laser mira a soluzioni per veicoli elettrici

La saldatura laser ha colpito il mainstream della produzione negli ultimi anni. Dalle celle di saldatura ai modelli portatili, la saldatura laser sta creando efficienza per gli OEM e le officine. La tecnologia, che offre saldature di alta qualità, velocità di produzione elevate e lavorazioni post-saldatura ridotte, sta attirando sempre più interesse da parte dei produttori.

La tecnologia laser, nel frattempo, continua a diventare sempre più sofisticata. Una società che si dice sia all’avanguardia in questo sviluppo è Civan Lasers con sede in Israele. L’azienda ha ricevuto il Prism Award 2022 nella categoria laser industriali da SPIE, la società internazionale per l’ottica e la fotonica, e da Photonics Media. Il premio premia OPA 6 Weld di Civan, una tecnologia laser a raggio dinamico (DBL) monomodale, a onda continua, da 7 a 14 kW che modula la forma del raggio come desiderato a velocità fino a centinaia di megahertz senza parti in movimento.

Il laser utilizza la combinazione di raggi coerenti con array di fasi ottici per unire molti raggi laser monomodali in un raggio più grande. La luce di ciascun laser si sovrappone ad altri raggi nel campo lontano, creando uno schema di diffrazione che consente la manipolazione della forma del raggio in tempo reale. I modulatori di fase controllano i singoli raggi e il modello di interferenza risultante può essere regolato per massimizzare la posizione del punto del raggio e produrre vari modelli di forme inscritti dal movimento del raggio.

"Altri metodi di modellazione del raggio riguardano principalmente l'oscillazione del raggio", ha affermato il dottor Asaf Nissenbaum, ricercatore del laboratorio di applicazioni presso Civan. “Cioè, puoi fluttuare leggermente il raggio per provocare una sterzata localizzata, e questo è supportato da mezzi meccanici. Lo svantaggio di questa tecnologia è che si utilizzano scanner galvonici, che hanno una frequenza massima limitata alla quale possono funzionare e una potenza massima del raggio che è possibile attraversarli. Inoltre, anche il profilo di movimento oscillatorio è limitato, mentre il laser OPA 6 può lavorare a frequenze e profili di forma molto più elevati”.

È inoltre possibile controllare la frequenza della forma, la sequenza della forma e la profondità di messa a fuoco per consentire l'ottimizzazione dell'evaporazione nel capillare, del flusso nel bagno di fusione e della solidificazione della massa fusa per qualsiasi applicazione di lavorazione laser dei materiali. Tale controllo elimina la formazione di pori, spruzzi e crepe, aumentando al contempo le velocità di avanzamento e le velocità nelle applicazioni di saldatura e produzione additiva, riferisce l'azienda.

La velocità alla quale il laser può essere utilizzato e la capacità di alterare il raggio al volo stanno generando interesse nella ricerca relativa alla produzione di celle a combustibile di veicoli elettrici (EV). Secondo recenti scoperte del progetto Eureka, con sede presso i Fraunhofer Labs di Aquisgrana, in Germania, i laser dell’azienda potrebbero fornire all’industria automobilistica una soluzione tecnologica per la produzione di massa economica di motori a energia pulita attraverso una maggiore velocità di avanzamento per la saldatura di piastre bipolari.

La sfida per produrre celle a combustibile in modo efficiente risiede nella saldatura delle piastre bipolari, piastre sottili di centinaia di micron. Ogni cella contiene da 300 a 400 piastre con un cordone di saldatura da 3 a 6 m. Sebbene siano stati fatti molti sforzi per aumentare la velocità di saldatura per stare al passo con la domanda, l’aumento della velocità di avanzamento a più di 0,5 m/sec provoca difetti di saldatura, con conseguenti parti difettose e un accumulo di materiali.

Le tre organizzazioni che guidano il progetto Eureka - Civan Lasers, l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser (ILT) in Germania e Smart Move GmbH in Germania - mirano a risolvere questo problema di saldatura utilizzando la tecnologia laser di Civan.

"Al di sopra di una certa velocità nella saldatura laser, un difetto comune che si nota è qualcosa noto come 'humping', un rilievo periodico nella saldatura", ha affermato Nissenbaum. “Ciò solleva problemi di porosità, consistenza e mancanza di fusione. È una questione che si può/non si accetta nel settore delle celle a combustibile. Con questo laser possiamo, ad esempio, avere una sequenza di diverse forme, ciascuna diretta ad affrontare un problema diverso nella saldatura su scala di microsecondi in modo da poter indirizzare l’intero processo”.

L'obiettivo della ricerca è aumentare la produttività della saldatura ad almeno 1 m/s o fino a 2 m/s creando al contempo una saldatura coerente senza problemi di sbalzi.