Mise „Nahlédnutí do hloubky“

Výzvy

Jednou z věcí, které chce tým z ILT a TRUMPF podrobně prozkoumat pod vysoce brilantním rentgenovým světlem, je svařování substrátů kov - keramika (MKS). Tyto MKS spojují elektronické díly ve vysokonapěťovém prostředí, jako třeba výkonová elektronika E-auta. Na izolující keramické desce je nanesena velmi tenká vrstva mědi. Výrobci aut chtějí ke kontaktování na MKS pomocí zeleného laseru svařovat další měděný díl. Jedná se tedy o spojení mědi na měď. Otázkou nyní je: Jak lze vše optimalizovat v procesu svařování? Měděné desky mají být tak tenké jak je možné, proces velmi rychlý, svar má stoprocentně držet a keramika nesmí být ovlivněna laserem. Nebo krátce: Jak najít perfektní nastavení laseru pro nejproduktivnější proces?

Řešení

Společně docházejí pracovníci Fraunhofer ILT a TRUMPF k nezvykle náročnému objasnění problému: Chtějí vidět výborně zaostřená rentgenová videa probíhajícího laserového procesu a s veškerými nástroji analýzy a na vlastní oči se přesvědčit, jaké účinky mají i nejmenší změny parametrů na hloubku provaření, tvorbu pórů a vznik stříkanců. To je v Německu možné jen u elektronového synchrotronu DESY, kde je normálně provozován přírodovědecký základní výzkum. Jako jeden z prvních průmyslových projektů si ILT a TRUMPF obstarají místo v místních laboratořích, kde jsou možná taková rentgenová videa.

Realizace

Tři dny laboratorní práce u DESY jsou zamluveny – příprava na to trvá celé dva roky: Tým vyvíjí zkušební metodiku a definuje přesné, vědecké kladení otázek. Velmi důležité pro ně je, již předem při přípravě vytvořit přesný plán, jak poznatky později uplatnit při konkrétním použití v průmyslu. V prosinci 2022 je to tak daleko: Oba týmy si vezmou laserovou techniku, optiku a další techniku a setkají u DESY. V místní laboratoři u Beamline P07 postaví týmy diskový laser TruDisk 2021 pro zelené laserové světlo a vytvoří zkušební uspořádání: Rentgenové světlo dopadá ze strany na vzorek a zaznamenává uvnitř série obrazů, laser svařuje zeshora, robot vyměňuje vzorky, aby to šlo rychleji. Teď to znamená, dobře využít ty tři dny. V systému směn probíhají připravené testy dvacet čtyři hodin denně. Cola a čipsy pomáhají vědcům se po celou dobu soustředit. Jen na MKS připadá více než sto experimentálních procesů.

Výhled

Data o přesnosti provaření, rychlostech svařování a tak dále vznikají po terawattech. Již u DESY začínají vědci od ILT a TRUMPF analyzovat první dojmy. Ale hlavní práce na vyhodnocování samozřejmě začne v týdnech po experimentech DESY. V Cáchách u ILT a v Ditzingenu u TRUMPF se zabývají tabulkami, videy a daty senzorů. Díky přesnému plánování je potom rychle jasné, jak v blízké budoucnosti asi bude vypadat v každém ohledu optimalizované svařování laserem u MKS ve výkonové elektronice pro E-mobilitu. Výrobci aut již čekají.