Misiunea „Vedere în profunzime“

Provocări

Unul dintre lucrurile pe care echipa de la ILT și TRUMPF dorește să le analizeze mai îndeaproape sub lumina foarte strălucitoare a razelor X este sudarea substraturilor metaloceramice (SMC). Aceste SMC leagă componentele electronice într-un mediu de înaltă tensiune, cum ar fi electronica de putere a unei mașini electrice. Un strat foarte subțire de cupru este aplicat pe o placă ceramică izolatoare. Producătorii de automobile doresc să sudeze o altă componentă din cupru pe SMC, pentru a realiza contactul cu laserul verde. Așadar, este vorba despre o îmbinare cupru pe cupru. Întrebarea care se pune acum este: cum poate fi optimizat totul în procesul de sudură? Plăcile de cupru trebuie să fie cât mai subțiri posibil, procesul trebuie să fie extrem de rapid, îmbinarea trebuie să reziste sută la sută, iar ceramica nu trebuie să fie influențată de laser. Sau, pe scurt: cum găsiți setarea perfectă a laserului pentru un proces cât mai productiv?

Soluții

Împreună, Fraunhofer ILT și TRUMPF decid o clarificare neobișnuit de elaborată a problemei: doresc să vadă înregistrări video în raze X foarte clare ale procesului laser în desfășurare și să folosească toate instrumentele de analiză și propriii ochi pentru a vedea ce efecte produc cele mai mici modificări ale parametrilor laser asupra adâncimii de sudare, a formării porilor și a stropilor. În Germania, acest lucru este posibil doar la sincrotronul de electroni DESY, unde se desfășoară în mod normal cercetarea științifică fundamentală. Fiind unul dintre primele proiecte industriale, ILT și TRUMPF au obținut un loc într-unul dintre laboratoarele de acolo, unde sunt posibile astfel de înregistrări video în raze X.

Implementare

La DESY sunt rezervate trei zile de lucru în laborator – pregătirea pentru acest lucru durează doi ani întregi: echipa dezvoltă o metodologie de testare și definește exacte problematicile științifice. Este foarte important pentru ei să elaboreze în prealabil un plan precis cu privire la modul în care descoperirile vor fi implementate ulterior în aplicații industriale concrete. În decembrie 2022, a sosit momentul: ambele echipe și-au strâns echipamentele laser, sistemele și alte echipamente și s-au întâlnit la DESY. În laboratorul de la Beamline P07, echipele au pregătit laserul disc TruDisk 2021 pentru lumina laser verde și pentru montajul experimental: lumina în domeniul radiației X cade pe probă din lateral și captează succesiuni de imagini din interior, un laser sudează de sus, un robot schimbă probele pentru ca totul să meargă mai repede. Acum este timpul să profităm de cele trei zile. Testele pregătite sunt efectuate non-stop într-un sistem de ture. Cola și chipsurile îi ajută pe oamenii de știință să treacă prin ele cu concentrare. Numai pe SMC se desfășoară peste o sută de cicluri experimentale.

Perspectivă

Datele privind precizia sudării, vitezele de sudare și așa mai departe sunt generate terawatt cu terawatt. Deja la DESY, oamenii de știință de la ILT și TRUMPF au început să analizeze primele impresii. Dar activitatea principală de evaluare va începe, desigur, abia în săptămânile de după experimentele DESY. În Aachen, la ILT, și în Ditzingen, la TRUMPF, există preocupări intense asupra tabelelor, materialelor video și datelor furnizate de senzori. Grație planificării exacte, devine apoi clar cu rapiditate cum va arăta în viitorul apropiat sudura laser, optimizată din toate punctele de vedere, de ex. de la SMC în electronica de putere pentru e-mobility. Producătorii de autovehicule sunt deja în așteptare.