ภารกิจ "มุมมองเชิงลึก"

ความท้าทาย

สิ่งหนึ่งที่ทีมงานจาก ILT และ TRUMPF ต้องการตรวจสอบภายใต้แสงเอ็กซ์เรย์ความสว่างสูง คือการเชื่อมพื้นผิวโลหะ-เซรามิก (MKS) MKS นี้จะเชื่อมต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในสภาพแวดล้อมที่มีไฟฟ้าแรงสูง เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังของรถยนต์ไฟฟ้า ชั้นทองแดงบางเฉียบวางอยู่บนแผ่นฉนวนเซรามิก บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ต้องการใช้เลเซอร์สีเขียวสำหรับการเชื่อมส่วนประกอบทองแดงอื่นเข้ากับ MKS เพื่อเชื่อมหน้าสัมผัส เรากำลังพูดถึงการเชื่อมต่อทองแดงกับทองแดง คำถามคือ: จะปรับทุกอย่างให้เหมาะสมในกระบวนการเชื่อมได้อย่างไร แผ่นทองแดงควรบางที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ กระบวนการควรรวดเร็วมาก ตะเข็บควรยึดได้ร้อยเปอร์เซ็นต์ และเซรามิกต้องไม่ได้รับผลกระทบจากเลเซอร์ หรือเรียกสั้นๆ ว่า คุณจะหาการตั้งค่าเลเซอร์ที่สมบูรณ์แบบสำหรับกระบวนการผลิตที่ดีที่สุดได้อย่างไร

โซลูชัน

Fraunhofer ILT และ TRUMPF ร่วมกันตัดสินใจในการชี้แจงปัญหาอย่างละเอียดผิดปกติ: พวกเขาต้องการดูวิดีโอเอ็กซ์เรย์ที่คมชัดเหมือนมีดโกนของกระบวนการเลเซอร์ที่กำลังดำเนินอยู่และใช้เครื่องมือวิเคราะห์ทั้งหมดและตาของพวกเขาเอง เพื่อดูว่าผลกระทบใดที่เล็กที่สุดต่อการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์เลเซอร์มีผลกับความลึกของการเจาะเชื่อม การก่อตัวของรูพรุน และการกระจายของโลหะ โดยสามารถทำได้ในประเทศเยอรมนีเฉพาะที่เครื่องอิเล็กตรอนซิงโครตรอน DESY ซึ่งปกติแล้วจะมีการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน ในฐานะที่เป็นหนึ่งในโครงการอุตสาหกรรมแรกๆ ILT และ TRUMPF มีห้องทดลองแห่งหนึ่งที่นั่นซึ่งสามารถใช้วิดีโอเอ็กซเรย์ดังกล่าวได้

การทำให้เป็นจริง

DESY มีการจองงานในห้องปฏิบัติการสามวัน การเตรียมการสำหรับสิ่งนี้ใช้เวลาถึงสองปีเต็ม: ทีมงานพัฒนาวิธีการทดสอบและกำหนดคำถามทางวิทยาศาสตร์ที่ชัดเจน เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับพวกเขาในการสร้างแผนการที่แม่นยำล่วงหน้าถึงวิธีการนำผลการวิจัยไปใช้ในอุตสาหกรรมที่เป็นรูปธรรม ในเดือนธันวาคม 2022 ถึงเวลาแล้ว: ทั้งสองทีมรวบรวมเทคโนโลยีเลเซอร์ ออปติกส์ รวมถึงอุปกรณ์อื่นๆ และพบกันที่ DESY ในห้องปฏิบัติการที่ Beamline P07 ทีมงานได้สร้างเลเซอร์แบบดิสก์ TruDisk 2021 สำหรับแสงเลเซอร์สีเขียวและการกำหนดการทดลอง: แสงเอ็กซ์เรย์ตกลงบนตัวอย่างจากด้านข้างและบันทึกลำดับภาพภายใน เลเซอร์เชื่อมจากด้านบน และหุ่นยนต์เปลี่ยนตัวอย่างเพื่อให้ทำงานได้เร็วขึ้น ตอนนี้เป็นเวลาที่จะใช้สามวันให้คุ้มค่า การทดสอบที่เตรียมไว้จะทำงานตลอดเวลาในระบบชั้น โค้กและมันฝรั่งทอดช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ผ่านไปได้อย่างมีสมาธิ MKS เพียงอย่างเดียวมีการทดลองมากกว่าหนึ่งร้อยครั้ง

วิสัยทัศน์

ข้อมูลเกี่ยวกับความแม่นยำในการเชื่อม ความเร็วในการเชื่อม และอื่นๆ จะเกิดขึ้นในระดับเทราวัตต์ นักวิทยาศาสตร์ของ ILT และ TRUMPF ที่ DESY เริ่มวิเคราะห์ความประทับใจแรกพบ แต่งานหลักของการประเมินผลลัพธ์จะไม่เริ่มจนกว่าจะถึงสัปดาห์หลังจากการทดลองที่ DESY ในเมือง Aachen ที่ ILT และในเมือง Ditzingen ที่ TRUMPF เราก้มดูตาราง วิดีโอ และข้อมูลเซ็นเซอร์ ด้วยการวางแผนที่แม่นยำ ในไม่ช้าก็จะชัดเจนว่าการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมในทุกด้านจะมีลักษณะอย่างไรในอนาคตอันใกล้นี้ เช่น MKSในระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังสำหรับการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ผู้ผลิตรถยนต์รออยู่แล้ว