Applicazioni laser per l'elettromobilità

Nella produzione di autovetture, la saldatura laser riveste sempre più un ruolo di primo piano, e non solo nella fabbricazione delle carrozzerie. Questa procedura rapida ed esatta viene impiegata infatti in molti componenti "sotto al cofano" o, per meglio dire, negli organi di trasmissione del moto. Durante la costruzione del motore elettrico la saldatura laser è sempre più utilizzata, ad esempio per le giunzioni di rame o alluminio, soprattutto nel motore elettrico e nella batteria. La saldatura laser dimostra i propri vantaggi anche negli alberi dei rotori. Durante la lavorazione di questi "alberi rotore con struttura leggera", gli utilizzatori possono sfruttare l'ampia esperienza degli specialisti della EMAG LaserTec. L'azienda è leader mondiale degli impianti laser per la produzione di componenti degli organi di trasmissione del moto.

L'ingegneria meccanica incontra il laser

È possibile ottenere cordoni di saldatura estremamente precisi e complessi solo se il sistema di orientamento del raggio laser e il serraggio del pezzo sono altrettanto precisi. In altre parole: le conoscenze relative alle possibilità di bloccaggio e lavorazione sicura del pezzo sono essenziali per la produzione industriale. Sono queste alcune delle tematiche tipiche dell'ingegneria meccanica in cui, oltre al processo, si deve tener conto anche dell'intera infrastruttura del singolo utilizzatore. Come e in quale stato i pezzi raggiungono la macchina? Come viene caricata e scaricata la macchina? Quale è il processo a valle? Si tratta di aspetti che incidono sulla sicurezza del processo e quindi devono essere ben ponderati. Per questo motivo gli impianti moderni di saldatura laser per la produzione, come la serie EMAG ELC, che soddisfano pienamente i requisiti sopra menzionati, hanno molto più in comune con le macchine utensili che non con i tipici impianti di saldatura.

Macchine per la pulizia laser

Per produrre cordoni di saldatura perfetti è ancora necessario preparare i pezzi: i requisiti di pulizia dei pezzi sono elevati anche nel caso della saldatura con laser a stato solido. I residui, ad esempio di lubrorefrigerante, provocano errori come pori o cavità di ritiro nel cordone di saldatura e devono essere rimossi in modo sicuro prima della saldatura. Dopo che per molti anni il lavaggio dei pezzi per mezzo di dispositivi in linea è stato il sistema all'avanguardia della tecnica, la pulizia laser offre una valida alternativa: EMAG LaserTec se ne è accorta da subito e punta già da diversi anni sulle proprie macchine di pulizia laser per garantire cordoni di saldatura ottimali.  La pulizia consiste nel cosiddetto processo di ablazione, nel quale sulla superficie del pezzo vengono applicati brevi ma molto potenti impulsi laser (potenza > 10 kW). Il raggio laser pulsato raggiunge la superficie con un'elevata potenza di picco degli impulsi. Il materiale evapora istantaneamente e viene riscaldato solo uno strato ridotto del componente. In questo modo è possibile rimuovere dal componente, impulso dopo impulso, molti tipi di impurità o rivestimenti: lubrorefrigeranti e oli, strati di ossido e grafite, ruggine, strati di vernice e di fosfato. È inoltre possibile sfruttare questa tecnologia per preparare le superfici per le fasi di lavorazione successive (ad esempio l'irruvidimento). In breve, il processo risulta estremamente flessibile e particolarmente efficiente da un punto di vista energetico.

Laser Metal Deposition (rivestimento mediante laser)

EMAG LaserTec ha sviluppato ex novo due ulteriori macchine per la lavorazione laser: queste soluzioni possono essere impiegate, ad esempio, per il rivestimento dei dischi freno. I sistemi frenanti di oggi continuano a generare (troppe) polveri sottili. Inoltre il mercato ci pone di fronte a una nuova sfida: nelle auto elettriche i freni vengono utilizzati solo raramente, perché durante il recupero di energia del motore si genera già efficacia frenante sufficiente quindi, in determinate circostanze, il disco freno costantemente inutilizzato può persino arrugginire. La soluzione: dischi freno rivestiti a prova di usura e corrosione. In questo caso almeno il disco non produce polveri sottili. Per la realizzazione di questi dischi freno, EMAG può contare sui modelli ELC 450 LMD ed ELC 500 DUO LMD con i quali viene eseguito in maniera sicura il processo Laser Metal Deposition. In questo processo, ad esempio, viene applicato mediante saldatura laser uno strato di tenuta e lo strato di metallo duro sovrapplicato sul disco freno. Praticamente non ci sono più perdite di materiale.

Per avere un’idea di come funziona questo processo, è bene dare un’occhiata ai dettagli della macchina. Le macchine sono dotate, a scelta, di 1 o 2 tavole circolari (DUO). A seconda dei requisiti del sistema di rivestimento, il componente viene sottoposto da due a quattro volte al processo di lavorazione.

Quali sono i requisiti richiesti durante il rivestimento al laser?

La sicurezza del processo è parte integrante della produzione industriale. È necessario avere il pieno controllo dell'intero processo. Per il rivestimento laser ciò significa nel dettaglio:

• Determinazione del peso del pezzo grezzo
• Preparazione per il rivestimento laser: qui è possibile impiegare più opzioni, ad es. la pulizia laser, il preriscaldamento dei componenti, ecc.
• Rivestimento laser: a prescindere dal rivestimento laser stesso, i sistemi di regolazione e monitoraggio della qualità sono estremamente importanti. Esempi:
  • Monitoraggio e regolazione della temperatura del pezzo
  • Misurazione attiva dello spessore degli strati
  • Monitoraggio attivo del bagno di fusione
  • Controllo della caustica del getto di polvere
  • Calibrazione dell'alimentazione della quantità di polvere ecc.

Appare chiaro che il processo di produzione stesso è molto più complesso delle semplici conoscenze tecnologiche. Devono essere soddisfatti requisiti elevatissimi, per migliaia e migliaia di pezzi ogni giorno: ed è questo il compito dell'ingegnere meccanico.

Inoltre è necessario tenere presente le fasi di lavorazione a valle. Non solo il convogliamento dei pezzi lavorati ma anche la successiva fase di processo. In caso di disco freno rivestito, la superficie deve anche essere rettificata. Anche in questo caso EMAG ha sviluppato una macchina adatta cos' da da coprire l'intera catena di processo: dalla lavorazione del pezzo fuso al rivestimento laser fino alle ultime finiture.

Le vaste conoscenze pratiche e tecnologiche fanno sì che EMAG (e in particolare EMAG LaserTec) sia in grado di fornire soluzioni su misura sulla base di processi standardizzati. Al contempo l'azienda garantisce processi produttivi redditizi con tutte le applicazioni laser presentate, perché le caratteristiche progettuali della macchina, la tecnologia e il software corrispondente sono perfettamente armonizzati tra loro. Sono queste le caratteristiche esclusive e decisive della EMAG LaserTec.

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