Мисия „Задълбочен поглед“

Предизвикателства

Едно от нещата, които екипът от ILT и TRUMPF иска да разгледа в подробности под рентгеновата светлина с висока яркост, е заваряването на метало-керамични субстрати (MKS). Тези метало-керамични субстрати свързват електронни детайли във високоволтова среда, като напр. силовата електроника на електромобил. Върху изолираща керамична плоча е нанесен съвсем тънък слой мед. Производителите на автомобили искат да заварят чрез зелен лазер за затваряне на контактната система допълнителен меден детайл върху метало-керамичния субстрат. Тоест, става въпрос за свързване на мед върху мед. Сега въпросът е: Как всичко в процеса на заваряване да се приближи до оптималното? Медните плочи трябва да са възможно най-тънки, процесът изключително бърз, шевът трябва да държи стопроцентно и лазерът не трябва да повлияе на керамиката. Накратко: Как да се намери перфектната настройка на лазера за най-производителен процес?

Решения

Fraunhofer ILT и TRUMPF съвместно вземат решение на необичайно скъпо изясняване на проблема. Те искат да разгледат изключително контрастни рентгенови видеа и с всички аналитични инструменти, и със собствените си очи да видят какъв ефект имат и най-малките промени на параметрите на лазерното лъчение върху дълбочината на заваряване, образуването на пори и пръски. В Германия това е възможно само на електронния синхротрон DESY, където обикновено се занимават с фундаментални природонаучни изследвания. Като един от първите промишлени проекти, ILT и TRUMPF се добират до място в една от тамошните лаборатории, където са възможни такива рентгенови видеа.

Изпълнението

Резервирани са три дни лабораторна работа на DESY. Подготовката за тях трае цели две години. Екипът разработва методика за изпитването и дефинира точните научни постановки на въпроса. За тях е много важно предварително да съставят точен план как по-късно знанията трябва да бъдат приложени в конкретни промишлени приложения. През декември 2022 вече са готови. Двата екипа опаковат лазерна техника, оптики и друга техника и се срещат при DESY. В тамошната лаборатория, на канал за синхротронно излъчване P07, екипите монтират дисковия лазер TruDisk 2021 за зелената лазерна светлина и експерименталната установка. Рентгеновата светлина пада отстрани върху пробата и заснема във вътрешността последователности от изображения, лазер заварява отгоре, робот сменя пробите, за да става по-бързо. Сега е нужно да се използват добре трите дни. Подготвените тестове се изпълняват на смени, денонощно. Кока кола и чипс помагат на учените да издържат това концентрирани. Само на метало-керамичните субстрати се падат над сто експериментални хода.

Перспективата

Данните за прецизността на заваряването, скоростта на заваряване и т.н. се генерират в тераватове. Учените от ILT и TRUMPF започват да анализират първите си впечатления още на DESY. Но основната работа по анализа се извършва в действителност едва в седмиците след експериментите на DESY. В Аахен в ILT и в Дитцинген в TRUMPF разглеждат внимателно таблиците, видеата и данните от сензорите. Благодарение на точното планиране, скоро след това става ясно как ще изглежда в близкото бъдеще оптимизираното във всяко отношение лазерно заваряване, примерно на метало-керамични субстрати в силовата електроника за електрическа мобилност. Производителите на автомобили вече са в очакване.