Миссия "Глубокий взгляд"

Сложности

Одним из вопросом, который команда из ILT и TRUMPF хочет досконально изучить под всепроникающим рентгеновскими лучами, является сварка металло-керамических подложек (MKS). Эти металло-керамические подложки соединяют электронные компоненты в высоковольтной окружающей среде, такой как, например, силовая электроника электромобиля. На изолирующую керамическую пластину нанесен тончайший слой меди. Автопроизводители хотят для создания контакта приварить на металло-керамическую подложку еще одну медную деталь с помощью зеленого лазера. Таким образом речь идет о соединении меди с медью. Теперь возникает вопрос: как в процессе сварки все сделать оптимальным образом? Медные пластины должны быть максимально тонкими, процесс — стремительно быстрым, шов — стопроцентно герметичным, а керамику нельзя задеть лазером. Или проще: как найти идеальную настройку лазера для наиболее эффективного процесса?

Решения

Институт лазерной техники им. Фраунгофера (ILT) и компания TRUMPF приняли совместное решение о невероятно трудоемком разрешении проблемы: они хотят просмотреть идеально резкие рентгеновские видео выполняемого лазерного процесса и с помощью всех доступных инструментов анализа, а также собственными глазами увидеть, какие последствия имеют мельчайшие изменения параметров лазера для глубины проварки, образования пор и брызг. Это можно сделать только на электронном синхротроне DESY в Германии, где обычно проводятся естественнонаучные фундаментальные исследования. Как один из первых промышленных проектов институт ILT и TRUMPF достали одно из мест в местной лаборатории, где имеется возможность делать такие рентгеновские видео.

Применение

Забронированы три дня для лабораторных работ на DESY — подготовка к ним длится целых два года: команда разрабатывает методику испытаний и определяет точные научные формулировки вопросов. Для ее членов очень важно заранее выработать точный план того, как впоследствии реализовать полученные знания в конкретных промышленных случаях применения. В декабре 2022 года все готово: обе команды пакуют лазерную технику, оптику и прочий инструментарий и встречаются у DESY. В местной лаборатории на Beamline P07 команды устанавливают дисковый лазер TruDisk 2021 для зеленого лазерного луча и экспериментальную установку: рентгеновские лучи падают сбоку на опытный образец и делает серию снимков изнутри; лазер выполняет сварку сверху, робот меняет образцы для ускорения процесса. Теперь главная задача состоит в том, чтобы в полной мере использовать три дня. Подготовленные тесты выполняются посменно круглые сутки. Кола и чипсы помогают ученым сохранять концентрацию. Только на долю металло-керамических подложек приходится (MKS) более ста экспериментальных проходов.

Перспективы

Сведения о точности приварки, скорости сварки и т.д. указываются в тераваттах. Ученые из ILT и TRUMPF начинают анализировать первые впечатления уже на DESY. Но основная работа по оценке начинается лишь через несколько недель после экспериментов с DESY. В Ахене, где расположен ILT, и в Дитцингене в компании TRUMPF изучаются таблицы, видео и данные датчиков. Благодаря точному планированию быстро стало ясно, как в ближайшем будущем будет выглядеть оптимизированная во всех отношениях лазерная сварка, например, металло-керамических подложек (MKS) в силовой электронике для электромобильности. Автопроизводители уже в предвкушении.