德國製造商 Webasto 公司在全球範圍內設有 50 多家分支機搆，專為汽車行業生產和銷售零部件。該公司的德國新布蘭登堡工廠專注於加熱器。電動汽車的加熱器只能透過換熱器發揮功效，它不僅要保持駕乘空間溫暖舒適， 也要為電池維持理想的工作溫度。與其他所有的零部件一樣，加熱器也適用這一要求：越緊湊越輕盈，越好。Webasto 正是圍繞這一要求研發的高電壓加熱器，該加熱器採用了薄膜技術，是市面上少有的極窄加熱器。Jörn Schmalenberg 負責新布蘭登堡工廠的電加熱器製造製程：「由於加熱器在空間上靠近冷卻水的輸送部件，所以我們的產品只需極短的反應時間內就可將熱量導入冷卻水。由於採用了特殊結構，加熱功率幾乎可無級調節——無論電壓是400 伏還是 800 伏。在我們之前還沒有人能夠做到。」Webasto 公司依靠 TRUMPF 的三種高端雷射應用技術進行生產。
Webasto 成立於 1901 年，並早從 1932 年開始就一直為汽車行業研發、生產和銷售各種零部件，與此同時在全球範圍內已有 50 多家分支機搆。在燃油車加熱系統和創新天窗系統的細分市場，該公司憑藉 70% 的全歐市場份額成為了行業佼佼者。與此同時從 2012 年開始，電動出行這一議題連同電加熱器、電池和充電解決方案就已被該公司提上了規劃議程。為了不斷創新並將其快速推向市場，Webasto 公司還與德國焊接技術與培訓研究所（SLV）以及位於德國羅斯托克的弗勞恩霍夫大型結構生產技術研究所（Fraunhofer IGP）在國家資助專案中開展合作。
三大挑戰
氣密焊接：電動汽車的加熱器透過加熱管路來輸送液體。Schmalenberg 說：「顯而易見的是，液體和高電壓在電動汽車內無法融洽共存。因此，焊接的鋁制外殼必須保持絕對氣密。」但讓鋁材氣密又談何容易。真空電子束焊接對於大規模生產的電動汽車來說，速度太慢且成本高昂。但快速的雷射焊接常常會伴隨有氣孔，進而有損密封性。
精准接觸銅材：要使電流能夠在加熱器中正常流動，就需要用到銅材，當然銅材是透過焊接被接觸的。因為銅是反光的，所以使用雷射對其進行焊接並非易事。而深焊縫對下面的金屬層來說也是一大風險。「所以這就要求我們必須可以精確調控雷射的焊接深度。我們曾使用了傳統的紅外線雷射，但未能取得任何進展」，Schmalenberg 回憶說。
導體軌道紋理化：為使加熱器極致纖薄，Webasto 不想加裝任何導體，而是直接將導體施加到表面的金屬薄層之中。「對於紋理化，我們需要整齊乾淨的燒灼和準確的邊緣。材料不允許熔化，以規避產品缺陷風險」，Schmalenberg 說道。
三大解決方案
氣密焊接：Webasto 公司採用了快速且性能強勁的碟片式雷射機，其可在大氣壓力下運轉，而無需保護氣體。Schmalenberg 說：「高雷射功率可確保穩定的鑰匙孔結構。這種結構越多越好。這樣就根本沒有時間來形成小氣泡。」
精准接觸銅材：TruDisk Pulse 421 發出的綠色雷射光可被銅材良好吸收。Schmalenberg 高興地說：「借助正確的脈衝序列可實現重複精確度極高的焊接深度——無飛濺且無需任何保護氣體」，他繼續補充道：「我們的數百萬個零部件毫無差錯，而且生產在整體上都運轉地更加輕鬆。對於銅材焊接，我們無需再做其他多餘工作：我們始終都可信賴綠色脈衝系統。」
導體軌道紋理化：Webasto 公司使用 TruMicro 超短脈衝雷射器將導體軌道紋理化，直接施加到金屬之中。「此時就需要材料紋理化過程具有極高精度，這樣雷射就不會作用太深並侵入下面的金屬層。Schmalenberg 說出理由：「超短脈衝雷射機可直接將材料從固態轉化為氣態，這就使得扁平化的產品設計能夠實現。」
實施：三倍能量
Schmalenberg 向我們講述：「對我們來說很重要的一點就是，要將新的研發成果儘快轉變成可以上市的成熟產品。正因於此，能夠直接試用 TRUMPF 雷射器才會令我們喜出望外。」此外，該公司還與研究機構保持著良好的夥伴關係。這就使得 Webasto 公司能夠將產品和生產始終保持在優秀水準。「這就是為什麼在很多情況下我們只會將 TRUMPF 的雷射器納入考量。」
展望
對於像 Webasto 這種在德國這一高薪酬國家進行生產的公司來說，諸如雷射之類的高度自動化生產技術是不可或缺的。當然高水準的創新也必不可少，例如透過新型的雷射製程實現創新。這些優點使 Webasto 公司成為全球炙手可熱的生產商。「人們可以設想，如果沒有像我們這樣的歐洲製造商提供優質的電氣元件，那麼在全球範圍內幾乎沒有一輛電動汽車可以順利離開生產線。」
TRUMPF 針對鑄鋁部件的氣密焊接開發了一種新製程。其核心是結合了 BrightLine Weld 製程的 MultiFokus 加工頭。該製程透過環路和纖芯之間的多芯光纜來分開 TruDisk 雷射器的雷射束，然後將其分裂為四個單點。透過在熔池中將這些點有針對性的定位，就會產生一個持續打開的鑰匙孔結構。它可防止蒸汽通道萎縮，進而在最大程度上減少因氣體夾雜物而形成的氣孔。
TruDisk 是一款可用於金屬焊接、切割和表面處理的高性能固體雷射器。尤其在亟需高功率和優質光束的應用中備受青睞。最新一代 TruDisk 雷射器因其更為緊湊的安裝面積和更強的堅固性而展現出了巨大優勢。其內置的智慧功能和改進型的感應器使其非常適合未來的工業 4.0 服務，例如狀態監控功能。得益于更高的能量轉換率、高效節能的新型脈衝功能和智慧能源管理，TruDisk 在所有工況下均能極其經濟地運轉。
TRUMPF 短脈衝和超短脈衝雷射器能夠以兼顧品質、生產效率和經濟收益的理想方式實施工業適用性廣泛的微加工。透過分離脈衝生成和脈衝輸出，實現了極佳的脈衝和功率穩定性。已獲專利的控制系統會單獨監測每個脈衝，並將功率和脈衝能量精准保持在所需水準。TruMicro 5000 系列皮秒雷射器的特點是脈衝極短且脈衝能量最高可達 500 μJ，同時雷射光束品質優異、平均雷射功率最高可達 150 W。這就在最大程度上提升了材料微加工的生產效率，而無明顯的熱影響。因此它是加工半導體材料、金屬、電介質、塑膠和玻璃的理想機型。
版本日期：2023.12.13
