레이저 용접 연구는 EV 솔루션을 목표로 합니다.

레이저 용접은 지난 몇 년 동안 제조의 주류로 자리 잡았습니다. 용접 셀에서 휴대용 모델에 이르기까지 레이저 용접은 OEM 및 작업장에 효율성을 창출하고 있습니다. 고품질 용접, 빠른 생산 속도 및 용접 후 처리 감소를 제공하는 이 기술은 제작자로부터 더 많은 관심을 끌고 있습니다.

레이저 기술은 계속해서 더욱 정교해지고 있습니다. 이 개발의 선두에 있다고 알려진 회사는 이스라엘에 본사를 둔 Civan Lasers입니다. 이 회사는 국제 광학 및 포토닉스 협회인 SPIE와 포토닉스 미디어(Photonics Media)로부터 산업용 레이저 부문 2022 프리즘 어워드(Prism Award)를 수상했습니다. 이 상은 움직이는 부품 없이 최대 수백 메가헤르츠의 속도로 빔 모양을 원하는 대로 변조하는 7~14kW, 단일 모드, 연속파, 동적 빔 레이저(DBL) 기술인 Civan의 OPA 6 Weld를 인정한 것입니다.

레이저는 광학 위상 배열 간섭성 빔 결합을 사용하여 많은 단일 모드 레이저 빔을 더 큰 빔으로 병합합니다. 각 레이저의 빛은 원거리 필드의 다른 빔과 중첩되어 빔 모양을 실시간으로 조작할 수 있는 회절 패턴을 생성합니다. 위상 변조기는 개별 빔을 제어하고 결과적인 간섭 패턴을 조정하여 빔 스폿 위치를 최대화하고 빔의 움직임에 따라 새겨진 다양한 모양 패턴을 생성할 수 있습니다.

"빔 성형의 다른 방법은 주로 빔의 흔들림과 관련이 있습니다"라고 Civan의 응용 연구실 연구원인 Asaf Nissenbaum 박사는 말했습니다. "즉, 빔을 약간 변동시켜 국부적인 조향을 일으킬 수 있으며 이는 기계적 수단으로 지원됩니다. 이 기술의 단점은 작동할 수 있는 최대 주파수가 제한되어 있고 최대 주파수가 제한된 갈보 스캐너를 사용하고 있다는 것입니다. 이를 통해 넣을 수 있는 빔 전력. 또한 OPA 6 레이저는 훨씬 더 높은 주파수와 모양 프로파일에서 작동할 수 있는 반면 워블 모션 프로파일도 제한되어 있습니다."

형상 주파수, 형상 순서 및 초점 깊이를 제어하여 모세관의 증발, 용융 풀의 흐름 및 모든 레이저 재료 처리 응용 분야에 대한 용융물의 응고를 최적화할 수 있습니다. 이러한 제어는 기공, 스패터 및 균열 형성을 제거하는 동시에 용접 및 적층 제조 응용 분야에서 공급 속도와 속도를 증가시킨다고 회사는 보고합니다.

레이저가 실행될 수 있는 속도와 즉석에서 빔을 변경할 수 있는 능력은 전기 자동차(EV) 연료 전지 제조와 관련된 연구에 대한 관심을 불러일으키고 있습니다. 독일 아헨의 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer Labs)에 위치한 유레카 프로젝트(Eureka Project)의 최근 연구 결과에 따르면, 회사의 레이저는 양극판 용접의 공급 속도 증가를 통해 청정 에너지 엔진을 경제적으로 대량 생산할 수 있는 기술 솔루션을 자동차 산업에 제공할 수 있습니다.

연료전지를 효율적으로 생산하기 위한 과제는 수백 미크론의 얇은 판인 양극판을 용접하는 데 있습니다. 각 셀에는 용접 이음새가 3~6m인 플레이트 300~400개가 포함되어 있습니다. 수요에 맞춰 용접 속도를 높이려는 노력이 많지만, 이송 속도를 0.5m/초 이상으로 높이면 용접 불량이 발생해 부품 불량, 자재 적체 등이 발생한다.

Eureka 프로젝트를 주도하는 세 조직인 Civan Lasers, 독일의 Fraunhofer 레이저 기술 연구소(ILT), 독일의 Smart Move GmbH는 Civan의 레이저 기술을 사용하여 이 용접 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.

Nissenbaum은 "레이저 용접에서 특정 속도 이상에서 흔히 볼 수 있는 결함은 '혹'이라고 알려진 용접 부분의 주기적 융기 현상입니다."라고 말했습니다. "이것은 다공성, 일관성 및 융합 부족의 문제를 제기합니다. 이는 연료 전지 산업에서 가부장적 문제입니다. 예를 들어 이 레이저를 사용하면 여러 모양의 시퀀스를 가질 수 있으며 각 모양은 서로 다른 문제를 해결하도록 지정됩니다. 전체 프로세스를 목표로 삼을 수 있도록 마이크로초 단위로 용접 문제를 해결합니다."

연구의 목표는 험핑 문제 없이 일관된 용접을 생성하면서 용접 처리량을 최소 1m/s에서 최대 2m/s까지 늘리는 것입니다.