การเชื่อมอะลูมิเนียมให้ทนต่อแรงดันด้วยเลเซอร์ในระดับสายการผลิต

ความท้าทาย

หัวใจสำคัญของรถยนต์ไฟฟ้าคือแบตเตอรี่และตัวควบคุมการจัดการแบตเตอรี่ (BMC) BMC ทำหน้าที่เฝ้าระวัง ควบคุม และเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงาน ความปลอดภัย และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ โดยการควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ระดับการชาร์จ อุณหภูมิ และแรงดันไฟของเซลล์ ชุดอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ติดตั้งอยู่ในระบบจะทำหน้าที่แปลงกระแสตรงจากแบตเตอรี่ให้เป็นกระแสสลับ ซึ่งจำเป็นสำหรับระบบขับเคลื่อน โดยจะเกิดความร้อน ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ชุดระบายความร้อนรุ่นใหม่สามารถแก้ไขปัญหานี้ได้ ซึ่งสามารถติดตั้งเป็น "ฝาปิด" ที่ป้องกันของเหลวและสามารถฝังเข้าไปในตัวเรือน BMC ได้ รวมทั้งเชื่อมต่อเข้ากับระบบระบายความร้อนของรถยนต์ ชุดระบายความร้อนจำเป็นต้องสัมผัสกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังโดยตรง เพื่อให้การระบายความร้อนมีประสิทธิภาพ ดังนั้น ชุดระบายความร้อนจึงต้องมีความเรียบสนิทอย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ ยังต้องมีน้ำหนักเบา เพื่อไม่ให้เพิ่มน้ำหนักโดยไม่จำเป็น และยังต้องสามารถผ่านมาตรฐานการทดสอบแรงดันของผู้ผลิตยานยนต์ได้ด้วย 

“ลูกค้าของเราขอแผ่นระบายความร้อนที่ผลิตจากอะลูมิเนียมรีดขึ้นรูปขนาด 900 x 200 มิลลิเมตร ซึ่งถือเป็นความท้าทายอย่างแท้จริง แม้แต่สำหรับผู้เชี่ยวชาญที่มีประสบการณ์มากที่สุดของเรา” Joseph Gampp หัวหน้าฝ่ายบริหารผลิตภัณฑ์ของ Feinwerktechnik hago กล่าว แต่ความท้าทายที่ยากลำบากกลับเป็นแรงจูงใจให้กับทีมงาน “หลังจากการทดลองและทดสอบอย่างละเอียดกับ TRUMPF เราก็ได้พบแนวทางแก้ไขที่มีความเสถียรในกระบวนการ และขณะนี้สามารถผลิตชุดระบายความร้อนในระดับสายการผลิตได้แล้ว” Gampp กล่าวด้วยความภาคภูมิใจ 

โซลูชัน

ด้วยเทคโนโลยี BrightLine Weld TRUMPF ได้พัฒนากระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วมานานหลายปี ซึ่งสามารถเชื่อมสเตนเลสได้อย่างรวดเร็ว ปราศจากรูพรุน และกันก๊าซได้ ส่วนออปติกส์ MultiFokus ซึ่งพัฒนาขึ้นในปี 2021 นั้น ได้เพิ่มขอบเขตการใช้งานของกระบวนการนี้ขึ้นอีกระดับ: เมื่อนำมาใช้ร่วมกับ BrightLine Weld ก็สามารถเชื่อมอะลูมิเนียมให้ทนแรงดันได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยออปติกส์จะทำหน้าที่แยกลำแสงเลเซอร์จากเลเซอร์ TruDisk ออกเป็นลำแสงวงแหวนและลำแสงแกนกลาง ซึ่งจะถูกแบ่งย่อยเป็นจุดโฟกัสย่อยสี่จุด และจัดตำแหน่งให้รวมกันเป็นแอ่งหลอมละลายร่วมเดียว Keyhole ที่เปิดอย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้ช่องไอน้ำยุบตัว ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้สามารถเชื่อมได้อย่างรวดเร็วโดยได้แนวเชื่อมที่ไม่มีรูพรุนและไม่เกิดการกักเก็บก๊าซ 

การทำให้เป็นจริง

ในช่วงแรก ทีมของ Joseph Gampp พยายามเชื่อมชุดระบายความร้อนอะลูมิเนียมด้วยเครื่องจักรที่มีอยู่เดิม จุดสำคัญคือ: แนวเชื่อมที่ดูเหมือนจะปิดสนิทในตอนแรกกลับไม่สามารถทนต่อแรงดันตามที่ต้องการได้และเกิดการแตกร้าว “นั่นถือเป็นจุดตัดสินของลูกค้าของเราเลยทีเดียว เพราะผู้ผลิตรถยนต์จะต้องทำการทดสอบแรงดันสลับ (Pressure Pulsation Test) ก่อนอนุมัติใช้งาน” Gampp กล่าว พร้อมอธิบายเพิ่มเติมว่า “ชุดประกอบทั้งหมดจะต้องสามารถทนแรงดันในระดับที่กำหนดได้อย่างน้อย 100,000 ครั้ง ทันทีที่เรานำชิ้นงานต้นแบบไปทดสอบ แนวเชื่อมก็เกิดการเสียหาย”  

ด้วยเหตุนี้ ผู้เชี่ยวชาญจาก hago จึงได้ร่วมมือกับ TRUMPF ในการพัฒนากระบวนการเชื่อมที่มีความเสถียร และที่สำคัญคือต้องสามารถใช้ในสายการผลิตจริงได้ ในศูนย์ประยุกต์เลเซอร์ของ TRUMPF ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าทุกความท้าทายสามารถจัดการได้ด้วย BrightLine Weld และออปติกส์ MultiFokus แนวเชื่อมมีความแข็งแรงมากพอที่จะทนต่อแรงดันสูงได้  และสามารถปรับค่าพารามิเตอร์ได้อย่างยืดหยุ่น จนสามารถเชื่อมแนวเชื่อมที่ยาวได้อย่างรวดเร็ว มีความเสถียรในกระบวนการ และไม่เกิดการบิดเบี้ยว ซึ่งสิ่งนี้มีความสำคัญอย่างมาก เพราะชุดระบายความร้อนจะต้องมีผิวที่เรียบสนิทอย่างแท้จริง เพื่อให้สามารถสัมผัสกับชุดอิเล็กทรอนิกส์กำลังใน BMC ได้โดยตรง และทำให้สามารถระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ “ตอนนี้เราสามารถผลิตชิ้นงานได้โดยมีความเรียบที่สามารถทำซ้ำได้อยู่ในระดับต่ำกว่า 1 มิลลิเมตร” Gampp กล่าว  

hago ได้ลงทุนในเครื่องเชื่อมเลเซอร์รุ่น TruLaser Cell 7040 พร้อมเทคโนโลยี BrightLine Weld และหัวเชื่อมที่ใช้เทคโนโลยี MultiFokus ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับการผลิตแผ่นระบายความร้อนในระดับสายการผลิต การผลิตก่อนเข้าสู่สายการผลิตจริง (Pre-series) ประมาณ 3,000 ชิ้นได้เสร็จสิ้นลงแล้ว ภายในหกปีข้างหน้า คาดว่าจะมีชุดระบายความร้อนกว่า 610,000 ชุดที่ผลิตโดย hago ออกสู่สายการผลิต “พวกเราทำในสิ่งที่หลายคนคิดว่าเป็นไปไม่ได้สำเร็จแล้ว” Gampp กล่าวอย่างภาคภูมิใจ พร้อมเสริมว่า “นั่นคือสิ่งที่นิยามความเป็นเรา” 

วิสัยทัศน์

แนวคิดการระบายความร้อนแบบบูรณาการในตัวควบคุมการจัดการแบตเตอรี่ยังค่อนข้างใหม่ แต่มีศักยภาพสูงมาก ด้วยเหตุนี้ Joseph Gampp จึงหวังว่าจะสามารถนำความรู้ที่ได้รับจากการร่วมมือกับ TRUMPF ไปใช้กับโครงการอื่นๆ ได้ในอนาคต “เทคโนโลยีนี้สอดคล้องกับทิศทางกลยุทธ์ของเราอย่างสมบูรณ์แบบ” เขากล่าว พร้อมแสดงความมั่นใจว่าความพยายามในการพัฒนาอย่างเข้มข้นนี้จะให้ผลลัพธ์ที่คุ้มค่าอย่างแน่นอน 

ข้อมูลเมื่อ: 14.05.2025