การทดลองของทีมเยอรมันพิสูจน์ให้เห็นแล้วว่า: การเชื่อมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ด้วยแสงเลเซอร์สีเขียวสามารถช่วยประหยัดวัตถุดิบได้อย่างมาก

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ทีมวิจัยที่ทำงานร่วมกันของเยอรมันได้ประกาศความก้าวหน้าที่พวกเขาได้ทำงานร่วมกันเพื่อให้ข้อมูลเชิงลึกที่ละเอียดที่สุดเกี่ยวกับกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์จนถึงปัจจุบัน ทีมร่วมแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนเป็นครั้งแรกว่าสามารถประหยัดวัตถุดิบได้เมื่อเชื่อมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูงโดยใช้เลเซอร์ความยาวคลื่นสีเขียว
ทีมงานรวมผลการตรวจสอบที่เสร็จสิ้นโดยความร่วมมือระหว่าง TRUMPF, Fraunhofer ILT และ DESY ซึ่งเป็นสถาบันวิจัยฟิสิกส์อนุภาคขนาดใหญ่ของสมาคมเฮล์มโฮลทซ์แห่งเยอรมนี รถยนต์ไฟฟ้าทุกคันติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูงซึ่งเป็นเทคโนโลยีหลักที่ช่วยให้แบตเตอรี่และมอเตอร์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
บริษัทและสถาบันหลายแห่งที่กล่าวถึงข้างต้นกำลังทำงานร่วมกันเกี่ยวกับกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์สำหรับการผลิตยานยนต์ไฟฟ้า โดยมีส่วนร่วมในความรู้เฉพาะทางสูงเกี่ยวกับรังสีเอกซ์ แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ และกระบวนการเชื่อมตามลำดับ พวกเขาพบว่าเมื่อใช้เลเซอร์ความยาวคลื่นสีเขียว อัตราการเสียที่เกิดขึ้นจะต่ำกว่ากระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์อื่นๆ มาก จึงช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์ประหยัดวัตถุดิบได้อย่างมากและได้ประโยชน์จากการผลิตที่ยั่งยืนมากขึ้น
ในระหว่างการศึกษา พวกเขาถ่ายภาพความเร็วสูงที่หลายพันถึง 10,000 เฟรมต่อวินาที โดยหวังว่าจะใช้รังสีเอกซ์ของอนุภาคแก๊สเพล์เพื่อศึกษาให้เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าอะไรเป็นสาเหตุของความแตกต่างในผลการเชื่อมทองแดง
Marc Hummel นักวิทยาศาสตร์จาก Fraunhofer Institute of Technology (Fraunhofer ILT) สังเกตว่ากระบวนการเชื่อมที่เสถียรนั้นมีความสำคัญเนื่องจากผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้ามักจะต้องเชื่อมต่อคุณภาพสูงนับพันล้านชิ้นให้เสร็จสมบูรณ์ ในอนาคต TRUMPF และ Fraunhofer ILT วางแผนที่จะขยายการวิจัยของพวกเขาไปสู่สาขาอื่นๆ เช่น การพิมพ์ 3 มิติ การตัดด้วยเลเซอร์และการเจาะด้วยเลเซอร์แบบลัดวงจร และรวมพันธมิตรในอุตสาหกรรมอื่นๆ ไว้ในทีมที่ทำงานร่วมกันดังกล่าว
ลดอัตราเศษด้วยเลเซอร์ความยาวคลื่นสีเขียว
กระบวนการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าถือเป็นความท้าทายครั้งใหญ่สำหรับเทคโนโลยีเลเซอร์ ทองแดงเป็นวัสดุที่สำคัญที่สุดในการผลิตส่วนประกอบหลักของยานยนต์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นโลหะที่ไม่มีแร่เหล็กที่ดูดซับรังสีเลเซอร์ในช่วงอินฟราเรดใกล้ (NIR) เพียงประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์ และมีค่าการนำความร้อนที่ดีมาก น่าเสียดายที่คุณสมบัติทั้งสองนี้อาจทำให้เกิดปัญหาอย่างมากเมื่อทำการบัดกรี ดังนั้น กระบวนการเหล่านี้มักจะต้องมีการตรวจสอบนิวเคลียร์อย่างใกล้ชิดในภายหลัง
นอกจากเลเซอร์ NIR แล้ว เลเซอร์ความยาวคลื่นสีเขียวยังมีจำหน่ายในกลุ่มผลิตภัณฑ์ Trumpf เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นสีเขียวเป็นวิธีแก้ปัญหานี้" Mauritz Moller ผู้จัดการอุตสาหกรรมยานยนต์ของ Trumpf กล่าว อันที่จริง ทองแดงสามารถเชื่อมได้ดีกว่าโดยใช้เลเซอร์เหล่านี้"
ทองแดงดูดซับความยาวคลื่นสีเขียวได้ดีกว่าอินฟราเรดมาก เนื่องจากวัสดุถึงอุณหภูมิหลอมละลายเร็วกว่า กระบวนการเชื่อมจึงเริ่มเร็วขึ้นและต้องใช้พลังงานเลเซอร์น้อยลง ประการสุดท้าย กระบวนการเชื่อมที่มีเสถียรภาพมากขึ้นยังส่งผลให้อัตราเศษเหล็กลดลง ซึ่งนำไปสู่การผลิตที่ยั่งยืนมากขึ้น
การทดลองเหยียบคันเร่งของอนุภาค
เพื่อศึกษากระบวนการเชื่อมโดยละเอียด ผู้เชี่ยวชาญจาก Fraunhofer Institute for Industrial Technology ในเยอรมนีได้ร่วมมือกับ Institute for Laser Technology ที่ RWTH Aachen University ในเยอรมนี โดยใช้แหล่งกำเนิดแสงเอ็กซ์เรย์ PETRA III ของ DESY ใน การทดลองติดตั้งที่ Helmholtz Center ในเยอรมนี
Marc Hummel อธิบายว่า "วิธีการทั่วไปสามารถมองเห็นได้เฉพาะการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของพลาสมาเท่านั้น การแผ่รังสีของ DESY ไม่เพียงแต่ทำให้เรามองเห็นด้านในของการหลอมเหลวเท่านั้น แต่เรายังสามารถเห็นพลวัตของการหลอมเหลวได้แบบเรียลไทม์อีกด้วย"
ด้วยเหตุนี้ ทีมงานจาก Fraunhofer ILT และ Trumpf จึงศึกษากระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ DESY โดยใช้ระบบเลเซอร์สองแบบที่แตกต่างกัน (เลเซอร์อินฟราเรดใกล้และเลเซอร์ความยาวคลื่นสีเขียว) Mauritz Moller กล่าวว่า "สำหรับเรา นี่เป็นโอกาสที่ดีในการศึกษา กระบวนการเชื่อมของชิ้นส่วนอุตสาหกรรม เช่น การเกิดสะเก็ดและรูพรุนและความร้อนจากกระบวนการเชื่อมส่งผลต่อชิ้นส่วนที่บอบบาง เช่น ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อย่างไร"