E-auto’s: Productie is duurzamer met groene laser

De samenwerking tussen Trumpf, Fraunhofer ILT en Desy leidt tot een bijzonder inzicht. “We hebben nu voor het eerst duidelijk kunnen bewijzen dat bij het lassen van hoogwaardige elektronica grondstoffen kunnen worden bespaard door gebruik te maken van een groene laser.” Dat zegt Fraunhofer expert Marc Hummel.

Bij het lassen van hoogwaardige elektronica kunnen veel grondstoffen worden bespaard door gebruik te maken van een groene laser. Dit is het resultaat van een onderzoek aan het Duitse elektronensynchrotron Desy van de Helmholtz-Vereniging in Hamburg. Hoogwaardige elektronica zit in elke e-auto en zorgt als sleuteltechnologie voor de beste prestaties van de accu en de motor. De Hamburgse onderzoekers hebben nu samen met het hightechbedrijf Trumpf en het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT de laserlasprocessen onderzocht die bij de productie van e-auto’s worden gebruikt.

Groene laser

Trumpf, Fraunhofer ILT, desy en het Helmholtz Center Hereon hebben elk hun zeer gespecialiseerde kennis van röntgenstralen, laserbronnen en lasprocessen ingebracht. Daardoor zijn nu voor het eerst inzichten verkregen die voor het oog en zelfs voor microscopen onzichtbaar blijven. Het resultaat: Bij gebruik van een laser met groene golflengte ontstaan veel minder afkeuringen dan bij andere laserlasprocessen. Autofabrikanten besparen grondstoffen en dragen zo bij tot een duurzamere productie.

Deeltjesversneller geeft gedetailleerd inzicht

De projectpartners gebruikten voor hun onderzoek de röntgenstraling van de deeltjesversneller in de experimentele opstelling van Hereon om met enkele duizenden tot tienduizend beelden per seconde hogesnelheidsbeelden te maken. “We wilden de onderzoeken bij de deeltjesversneller gebruiken om uit te zoeken wat precies het verschil maakt bij het lassen van koper. Een stabiel lasproces is belangrijk omdat fabrikanten van elektrische voertuigen meerdere miljarden verbindingen van de hoogste kwaliteit moeten lassen”, aldus Marc Hummel, wetenschapper bij Fraunhofer ILT. Trumpf en het Fraunhofer ILT willen het onderzoek in de toekomst uitbreiden naar andere gebieden. Denk daarbij aan 3D-printen, lasersnijden en laserboren met ultrakorte-pulslasers. Daarnaast willen ze andere industriële partners aan boord halen.

Uitdagingen

Elektromobiliteit stelt lasertechnologie voor grote uitdagingen. Koper is het belangrijkste materiaal voor de productie van de kerncomponenten van e-mobiliteit. Dit non-ferrometaal absorbeert slechts ongeveer 5 procent van de laserstraling in het nabij-infraroodgebied (NIR). Het geleidt warmte zeer goed. Beide eigenschappen leiden tot aanzienlijke problemen bij het lassen. De processen worden daarom onder de loep genomen.

Minder afkeuringen dankzij lasers met groene golflengte

Naast NIR-lasers heeft Trumpf ook lasers met een groene golflengte in het assortiment. “Lasers met groene golflengte zijn de oplossing voor dit probleem. In feite kan koper met deze lasers beter worden gelast”, aldus Mauritz Möller, Automotive Industry Manager bij Trumpf. Koper absorbeert de groene golflengte veel beter dan het infrarood. Omdat het materiaal daardoor sneller zijn smelttemperatuur bereikt, begint het lasproces ook sneller en is er minder laservermogen nodig. “Stabielere processen bij het lassen betekenen minder afkeur en dus meer duurzaamheid. Dat is een belangrijk punt bij e-mobiliteit”, aldus Mauritz Möller.

Experimenten bij de deeltjesversneller

Om lasprocessen in detail te bestuderen, gebruiken deskundigen van het Fraunhofer ILT, in samenwerking met de leerstoel Lasertechnologie LLT van de RWTH Aachen University, de Petra III röntgenlichtbron van Desy op de experimentele opstelling in het Helmholtz Center Hereon. “Conventionele methoden zien eigenlijk alleen de elektromagnetische emissies van het plasma. Met de straling van Desy kunnen we niet alleen in het smeltproces kijken, maar zelfs de smeltdynamiek zichtbaar maken”, legt Marc Hummel uit.

Bestuderen

Hiertoe bestudeerde een team van Fraunhofer ILT en Trumpf laserlasprocessen bij Desy met behulp van twee verschillende lasersystemen: een NIR-laser en een laser met groene golflengte. “Voor ons is dit een geweldige kans om lasprocessen op industriële onderdelen te bestuderen. Hoe ontstaan bijvoorbeeld spetters en poriën en hoe beïnvloedt de hitte van het lasproces gevoelige componenten zoals elektronische onderdelen,” aldus Mauritz Möller.

Bron: Fraunhofer
Openingsfoto: Laserstraallassen van metaal-keramische substraten met “groene” laserstraling (foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Germany)

Lees ook: Lasertechnologie voor energie-efficiënte productie van batterijcellen