Transcript Εφαρμογές των laser στην αυτοκινητοβιομηχανία

ΝΙΚΟΛΟΥΔΗ ΧΡΙΣΤΙΝΑ
ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ :
Μ. ΜΑΚΡΟΠΟΥΛΟΥ
ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012
•
•
•
Ενεργό μέσο
Μέσο διέγερσης
Οπτικό σύστημα




Μονοχρωματικότητα
Κατευθυντικότητα
Χωρική συμφωνία
Χρονική συμφωνία





CO2
Nd:YAG
Disk Laser
Diode Laser
Fiber Laser
Μήκος κύματος 10,6μm
 CO2(10-20%) , N2(10-20%) , He(rest) μίγμα αερίων
 Συνεχώς και παλμικά(15kW , MW)
 Μέση ισχύς (συνεχή λειτουργία)
45kW max , 500W-10kW normal



Automotive ind.
2,5-7 kW
μεγάλη ισχύ :
τομές/συγκολλήσεις
μικρή ισχύ :
χάραξη
απόδοση max 20-25% ,normal 10-20%




Εκπέμπει στα 1,06 μm
Ενεργό μέσο Nd σε κρύσταλλο YAG
Συνεχώς και παλμικά (150W , 4kW)
Automotive ind. 3 – 6 kW

Χαρακτηριστικά
Μήκος κύματος 1,03μm
 Yb : YAG (ytterbium)
 Μέση Ισχύς 6kW
 Μεγάλη αποδοτικότητα 10-15%


Πρόσφατες εξελίξεις


Διαθέσιμα στο εμπόριο : 1-4kW
150-200μm διάμετρος ακτίνας (μικρές διατομές σε
ανοξείδωτο ατσάλι και κράμα αλουμινίου)

Χαρακτηριστικά
Μήκος κύματος 1,07μm
 Ενεργό μέσο οπτική ίνα
ενισχυμένη με σπάνια στοιχεία
(υττέρβιο,έρβιο,νεοδύμιο κ.α.)
 Μέγιστη ισχύς 20kW (2001  100W)
 Μέγιστη αποδοτικότητα 10-25%


Πρόσφατες εξελίξεις




Στο εμπόριο 10kW και άνω
Προγραμματισμός fiber laser 100kW
Στα 6,9kW είναι ικανό να διεισδύσει σε μεγάλο βάθος με
μεγάλη ταχύτητα
Είναι ικανό να αντικαταστήσει CO2 laser υψηλής ποιότητας
στη συγκόλληση από απόσταση και στη σάρωση

Συγκόλληση




Welding
Soldering
Brazing
Κοπή / Τομή
(cutting)

Αποκόλληση
(ablation)

Χάραξη
(marking)

Συμβατική συγκόλληση






Περιορισμοί ταχύτητας και
παραγωγικότητας
Πολλές συγκολλήσεις
Μεγάλη θερμική ισχύς εισόδου
Παραμορφώσεις
Δύσκολη αυτ/ποιηση
Συγκόλληση laser





Διείσδυση 1.9cm με μια φορά
Υψηλές ταχύτητες σάρωσης
Πρόβλεψη ακριβείας (σφάλμα ±0.005cm)
Χαμηλή θερμική ισχύς εισόδου  μικρές παραμορφώσεις
Αυτοματοποίηση
Το welding γίνεται με τρεις τρόπους:
•
•
•
Conduction welding
Keyhole weld
Laser Powder Fusion/Deposition welding
LPF / LPD
Τήξη χωρίς εξάχνωση
 Μεταφορά θερμότητας
μέσω θερμικής αγωγιμότητας
 Χαρακτηριστικά

Μικρό βάθος
 Μικρές γεωμετρικές αναλογίες
(πλάτος προς βάθος = 1)
 Υψηλή αισθητική


Εφαρμογές
Συγκόλληση λεπτών δοκιμίων όπως φύλλα ,καλώδια , λεπτοί
σωλήνες κ.α.
Εξάχνωση  εγκοπή
 Σταθεροποίηση εγκοπής
λόγω της πίεσης από τους
παραγόμενους ατμούς
Χαρακτηριστικά

Μεγάλο βάθος
Μεγάλες αναλογίες
(βάθος προς πλάτος 10:1)



Στρώμα τηγμένου υλικού
Ψεκασμός σκόνης μετάλλου
Χαρακτηριστικά




Συγκολλήσεις 0.03cm
Καμία θερμική
παραμόρφωση
Αυτομ/ποιηση
Κατασκευές τμημάτων για μηχανική ενδυνάμωση
του αυτ/του
Αυξημένη παραγωγικότητα
Αυξημένη ευελιξία
Προσαρμοσμένα σχέδια συγκόλλησης επιτρέπουν την
βέλτιστη δύναμη των αρθρώσεων και αυξημένη
ευελιξία σχεδιασμού , λόγω :
 σχεδόν όλα τα σχήματα ραφής συγκόλλησης
 σχεδόν κάθε προσανατολισμό των ραφών
συγκόλλησης
 ορίζει ο χρήστης τη διανομή των ραφών
συγκόλλησης
 βέλτιστη ροή των δυνάμεων
Απαιτήσεις τελικού προϊόντος




Μείωση αναλογιών
Αύξηση απόδοσης
Μείωση κόστους
Μείωση βάρους
Remote welding PFO
 45 ραφές
(25-40mm)
σε λιγότερο
από 30sec


Μείωση βάρους



Μεγαλύτερη ευστάθεια


Λιγότερο υλικό
Λιγότερο βάρος μεταφοράς
Καλύτερες επιδόσεις συντριβής
Μειωμένη ποσότητα
εξαρτημάτων
Μικρότερο κόστος
 Εργαλείων
 Σχηματισμού /Μορφοποίησης
 Εφοδιασμών /Υλικοτεχνικής υποστήριξης





Έγχυση μετάλλου πλήρωσης (solder)
Μέταλλο πλήρωσης χαμηλότερη θερμοκρασία
τήξης
Δεν τήκονται τα υλικά του δοκιμίου
Laser ισχύος 30-50W
Μήκη κύματος 808-980nm
Παρόμοια διαδικασία με το soldering
 Πρωτοπόροι  Audi (πίσω φτερό TT) και
VW (πορτμπαγκάζ Bora)
 Σωστή επιλογή υλικού πλήρωσης
 Το υλικό βάσης δεν πρέπει να λιώσει
 Δέσμη laser 2-3mm διάμετρο
 Το καλώδιο 1mm διάμετρο
 Απόκλιση 0.3mm της δέσμης  μονομερής
υγροποίηση και σφάλματα σύνδεσης





CO2 και Nd:YAG
Nd  διάτρηση ,μεγάλη ισχύς ,χαμηλή
ταχύτητα
Nd:YAG  διάτρηση και χάραξη ,πολύ μεγάλη
ισχύς
CO2  αλουμίνιο ,ανοξείδωτο ατσάλι ,τιτάνιο





Συνήθως παλμικά laser
Βελτίωση ασφαλείας κατά τη συντριβή και μείωση
βάρους μεταφοράς
Tailored blanks ατσαλιού μαγγανίου-βορίου
υψηλής αντοχής
Απομάκρυνση επίστρωσης αλουμινίου-πυριτίου
Καλύτερες δυνατές οικονομικές οριακές συνθήκες





Πάνω από 10000 μέρη αυτ/του
Το κάθε υλικό φέρει διαφορετική σήμανση
 Διασφάλιση ποιότητας
 Απαιτήσεις ανίχνευσης
Οι σημάνσεις πρέπει να ξεπερνούν τη διάρκεια ζωής του αυτ/του
Αντοχή σε ακραίες συνθήκες
Laser Markers
 Σημάνσεις διαρκείας
 Σήμανση/Χάραξη μικρών τμημάτων με υψηλή απόδοση
 Πλήρη ενσωμάτωση στις γραμμές παράγωγης
 Διαδικασία ευέλικτη ,ελεγχόμενη μέσω λογισμικού
εξατομικευμένα περιεχόμενα σήμανσης








Larsson ,J. ,(2007) , Laser welding, structural adhesive bonding,
for body-in-white assembly
,(http://www.thefabricator.com/article/laserwelding/laserwelding-structural-adhesive-bonding-for-body-in-whiteassembly)
Khan ,M.A. ,(2010) , Laser welding : a joining process used for fuel
injector
http://laserdeposition.net
Hoffman et al. , Proceedings of the Second International WLT ,at
Conference on Lasers in Manufacturing 2003,Munich, June 2003
http://www.trumpf-machines.com
http://www.rofin.com
http://www.seas.virginia.edu/research/lam/pdfs/speaker%20p
resentations/HavrillaUofV_Laser%20Based%20Manufacturing%20in%20the%20Autom
otive%20Industry.pdf
http://www.laserline-inc.com
ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ
ΓΙΑ ΤΗΝ
ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ