أثبتت تجارب الفريق الألماني: الضوء الأخضر لحام إلكترونيات السيارات يمكن أن يوفر المواد الخام بشكل كبير

أعلن فريق بحثي ألماني تعاوني مؤخرًا عن تقدم عملوا فيه معًا لتقديم نظرة ثاقبة تفصيلية حول عملية اللحام بالليزر حتى الآن. أظهر الفريق المشترك بوضوح لأول مرة أنه يمكن توفير المواد الخام عند لحام الإلكترونيات عالية الأداء من خلال استخدام أشعة الليزر ذات الطول الموجي الأخضر.
يتضمن الفريق نتائج تحقيق تم إنجازه بالتعاون بين TRUMPF و Fraunhofer ILT و DESY ، وهو معهد كبير لأبحاث فيزياء الجسيمات تابع لجمعية هيلمهولتز الألمانية. تم تجهيز كل سيارة كهربائية بإلكترونيات عالية الأداء كتقنية أساسية تضمن الأداء الأمثل للبطارية والمحرك.
تعمل العديد من الشركات والمؤسسات المذكورة أعلاه معًا على عمليات اللحام بالليزر لتصنيع المركبات الكهربائية ، مما يساهم في معرفتهم عالية التخصص بالأشعة السينية ومصادر الليزر وعمليات اللحام ، على التوالي. لقد وجدوا أنه عند استخدام الليزر ذي الطول الموجي الأخضر ، يكون معدل الخردة الناتج أقل بكثير من عمليات اللحام بالليزر الأخرى ، مما يساعد صانعي السيارات على تحقيق وفورات كبيرة في المواد الخام والاستفادة من التصنيع الأكثر استدامة.
أثناء الدراسة ، التقطوا صورًا عالية السرعة من عدة آلاف إلى 10 ، 000 إطارات في الثانية ، على أمل استخدام دواسة غاز الجسيمات بالأشعة السينية للدراسة لفهم بالضبط ما الذي يسبب الاختلاف في نتائج اللحام بالنحاس.
أشار مارك هاميل ، العالم في معهد فراونهوفر للتكنولوجيا (Fraunhofer ILT) ، إلى أن عملية اللحام المستقرة مهمة لأن مصنعي السيارات الكهربائية يحتاجون غالبًا إلى إكمال مليارات الوصلات عالية الجودة. في المستقبل ، تخطط TRUMPF و Fraunhofer ILT لتوسيع أبحاثهما في مجالات أخرى ، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد والقطع بالليزر واللكم بالليزر النبضي فائق القصر ، ولتضمين شركاء الصناعة الآخرين في الفرق التعاونية المذكورة أعلاه.
انخفاض معدلات الخردة مع الليزر الأخضر الطول الموجي
تشكل عملية تصنيع السيارات الكهربائية تحديًا كبيرًا جدًا لتقنية الليزر. يعتبر النحاس أهم مادة لتصنيع المكونات الأساسية للمركبات الكهربائية ، وهو معدن غير حديدي يمتص فقط حوالي 5 بالمائة من إشعاع الليزر في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) ولديه موصلية حرارية جيدة جدًا. لسوء الحظ ، يمكن أن تسبب كلتا الخاصيتين مشاكل كبيرة عند اللحام. لذلك ، تتطلب هذه العمليات عادة فحصًا نوويًا وثيقًا لاحقًا.
بالإضافة إلى ليزر NIR ، تتوفر أيضًا أشعة الليزر ذات الطول الموجي الأخضر في مجموعة منتجات Trumpf. الليزر ذو الأطوال الموجية الخضراء هو الحل لهذه المشكلة ، "يلاحظ موريتز مولر ، مدير صناعة السيارات في شركة Trumpf. في الواقع ، يمكن لحام النحاس بشكل أفضل باستخدام هذه الليزر."
يمتص النحاس الأطوال الموجية الخضراء أفضل بكثير من الأشعة تحت الحمراء. نظرًا لأن المادة تصل إلى درجة حرارة انصهارها بشكل أسرع ، تبدأ عملية اللحام أيضًا بشكل أسرع وتتطلب طاقة ليزر أقل. أخيرًا ، تؤدي عملية اللحام الأكثر استقرارًا أيضًا إلى انخفاض معدلات الخردة ، مما يساهم في تصنيع أكثر استدامة.
تجارب دواسة غاز الجسيمات
لدراسة عملية اللحام بالتفصيل ، دخل خبراء من معهد Fraunhofer للتكنولوجيا الصناعية في ألمانيا في تعاون مع معهد تكنولوجيا الليزر في جامعة RWTH Aachen في ألمانيا ، حيث يستخدمون مصدر ضوء الأشعة السينية PETRA III من DESY في الإعداد التجريبي في مركز هيلمهولتز في ألمانيا.
يوضح مارك هاميل: "يمكن للطرق التقليدية في الواقع أن ترى فقط الانبعاث الكهرومغناطيسي للبلازما. مع إشعاع DESY ، لا يمكننا رؤية الذوبان من الداخل فحسب ، بل يمكننا أيضًا رؤية ديناميكيات الذوبان في الوقت الفعلي."
تحقيقا لهذه الغاية ، درس فريق Fraunhofer ILT و Trumpf عملية اللحام بالليزر في DESY باستخدام نظامي ليزر مختلفين (الليزر القريب من الأشعة تحت الحمراء والليزر ذو الطول الموجي الأخضر.) قال موريتز مولر ، "بالنسبة لنا ، هذه فرصة عظيمة لدراسة عملية اللحام للأجزاء الصناعية. على سبيل المثال ، كيفية تشكل الترشيش والمسامية وكيف تؤثر الحرارة الناتجة عن عملية اللحام على الأجزاء الحساسة مثل المكونات الإلكترونية. "