Témata
Zdroj: IPG Photonics

Efektivní laserové svařování konektorů

Neustálý nárůst elektrifikace v automobilovém průmyslu výrazně zvyšuje spotřebu kvalitních konektorů mnoha různých typů. To klade vysoké nároky na spolehlivou a pružnou výrobu s minimální dobou seřizování a nastavování výrobních strojů. Požadavkům na snadnou integraci, kompaktnost a vysokou produktivitu odpovídá technologie vláknových laserů.

Roman Švábek

Je absolventem oboru Materiálové inženýrství Fakulty strojní ČVUT v Praze. Od roku 2005 se věnuje laserům a průmyslovým laserovým technologiím. Je jednatelem české pobočky společnosti IPG Photonics, která zajišťuje prodej a servis produktů IPG na českém, slovenském a maďarském trhu.

Konektory pro automobilový průmysl jsou vyráběny lisovacími stroji ze široké škály materiálů – od ocelí až po různé slitiny, např. CuNiSi. Komponenty jsou obyčejně po výrobních operacích děrování a ohýbání svařovány na tupo pomocí laseru. Na jeden zdvih lisu bývá od laserového zařízení vyžadováno až šest laserových pulzů. V současné době se k tomuto účelu běžně používají výbojkami čerpané lasery Nd:YAG, které jsou konstrukčně velmi komplikované a sestávají ze složitých optických komponent (z beam switche a několika polopropustných zrcadel). Ke splnění vysokých kvalitativních nároků pro automobilový průmysl je nutné přesné a časově náročné seřizování a nastavování těchto laserů, které vede k neúměrnému nárůstu nákladů.

Multikanálový kvazikontinuální laser IPG MCQL

Nový laserový zdroj IPG MCQL (multikanálový kvazikontinuální laser) disponuje až šesti nezávislými výstupními vlákny a umožňuje programovat jednotlivé parametry prostřednictvím jednoduchého uživatelského rozhraní. Díky tomuto zdroji jsou nyní časově náročné mechanické úpravy minulostí.

Ve srovnání s dosud používanými výbojkově čerpanými lasery Nd:YAG poskytují lasery MCQL mnohem vyšší pulzní frekvence, což dramaticky zvyšuje rychlost svařování. Srovnání ukazují, že lasery MCQL umožňují až 4,5krát vyšší produktivitu. Rostoucí požadavky na další svary pro nové typy konektorů díky tomu nemají vliv na produktivitu výroby.

Laserový zdroj IPG MCQL (multikanálový kvazikontinuální laser). (Zdroj: IPG Photonics)

Výbojkami čerpané lasery Nd:YAG mají vinou konstrukční složitosti velmi vysokou spotřebu elektrické energie. Jejich účinnost dosahuje pouze 3 %, což znamená, že se na využitelný výkon laseru přemění pouze velmi malá část přivedené elektrické energie a celých 97 % této energie se ztratí chlazením. K dalšímu vývoji a zlepšení účinnosti technologie laserů Nd:YAG již bohužel nedošlo.

Vysoká účinnost a minimální údržba

Vláknový laser je dnes nejúčinnějším výrobním nástrojem s 10krát vyšší elektrickou účinností a s minimální údržbou, z níž vyplývají velmi nízké provozní náklady. Vláknové lasery emitují záření stejné vlnové délky jako lasery Nd:YAG. Díky tomu lze použít stávající svařovací hlavy, což významně napomáhá rychlému a snadnému přechodu k této efektivnější technologii. Požadavky na svařování nových komponentů vyžadují stále menší velikosti laserových spotů, čemuž vláknové lasery IPG s vysokou kvalitou svazku velmi napomáhají. Umožňují totiž použít kompaktnější optiku s preciznějším a intenzivnějším zaostřením laserového spotu. To je obzvláště důležité s rostoucím podílem svařování mědi a slitin mědi, neboť tyto materiály jsou intenzivně používány pro výrobu baterií. Kvůli vysoké odrazivosti povrchu a velmi dobré tepelné vodivosti vyžaduje tento proces vysokou hustotu výkonu, aby byla zaručena stabilita svaru a dostatečná hloubka průvaru. Díky vláknovému laseru s velmi dobrou kvalitou svazku je možno těmto požadavkům téměř bezvýhradně vyhovět.

K laserovým zdrojům MCQL mohou být připojena procesní vlákna i s velmi malým průměrem jádra. Tato vlákna mohou být z výstupu v poměru 1 : 1 zaostřena přímo na povrch svařované součásti, což má za následek větší flexibilitu průměru laserového svazku, a tím také svařovaného bodu. Šířka pulzu se v případě svařování konektorů obvykle pohybuje v řádech milisekund (ms). U většiny materiálů, které jsou pro konektory používány, jsou i tyto relativně dlouhé milisekundové pulzy pro svařování ideální, protože přivedené teplo umožňuje rychle dosáhnout teploty tavení a zároveň pulzní metoda svařování zabraňuje vzniku trhlin či dalších vad svarových spojů. Čím menší je průměr laserového spotu, tím menší může být výkon použitého laserového zdroje. Jinými slovy to znamená, že pro dosažení stejné, nebo dokonce vyšší hustoty výkonu na výstupu z procesního vlákna potřebují vláknové lasery IPG menší průměrný výkon samotného laseru. To se samozřejmě odráží i na nižším potřebném elektrickém příkonu, což v kombinaci s vysokou účinností vláknových laserů znamená značnou úsporu elektrické energie, a tím i nákladů potřebných na provoz laserového zařízení. Procesní vlákna jsou typu plug-and-play, lze je tak kdykoli snadno vyměnit, aby bylo možno rychle reagovat na změny v konstrukci svařovaných součástí. Také se dá rychle a snadno upravit kvalita laserového svazku tak, aby vyhovovala požadavkům procesu svařování.

Srovnání rozměrů laseru IPG MCQL s běžně používanými lasery Nd:YAG. (Zdroj: IPG Photonics)

Úspora místa a mobilita

Laserové zdroje MCQL díky své unikátní a velmi kompaktní konstrukci zabírají plochu pouze 0,5 m², což z nich dělá nejkompaktnější zařízení tohoto druhu na světě. Lze je navíc konfigurovat až se 6 procesními vlákny vystupujícími z jediného laserového zdroje. To umožňuje významnou úsporu velmi cenného prostoru ve výrobních provozech. Vzhledem k tomu, že je laserový zdroj mobilní, je možné laser snadno přemístit, a nasadit jej tak na různých místech výrobních linek dle aktuálních potřeb a požadavků.

Kompaktní konstrukce je dosaženo unikátním konceptem vláknového laseru, který je díky velmi efektivním budicím diodám přibližně 10krát efektivnější než běžně používaný laser Nd:YAG. Neustálé inovace produktů IPG umožňují vývoj nových řešení pro vláknové lasery. Díky vertikální integraci všech klíčových komponent, od budicích diod přes procesní hlavy a chladiče až po kompletní laserové systémy, mohou uživatelé těžit z výhod vysoce spolehlivých, efektivních a pokročilých řešení pro zpracování materiálů.

Související články
MM Podcast: Každé vítězství má svůj příběh

Olga Girstlová byla v 90. letech nepřehlédnutelnou součástí vznikajícího podnikatelského prostředí tehdejšího Československa. Společně se svým otcem a manželem založili v květnu 1990 společnost GiTy. Vsadili na komoditu s obrovským potenciálem technologického růstu. Po 15 letech manželé Girstlovi však dospěli k rozhodnutí společnost prodat a dále se věnovat jiným komoditám, jako například ekologickému stavitelství. 

CIMT 2021 plně prezenční

Zatímco je celý svět paralyzovaný restrikcemi proti šíření koronaviru covid-19, v Pekingu byl dnes zahájený veletrh obráběcích a tvářecích strojů China International Machine Tool Show CIMT 2021 v plné prezenční formě a téměř shodného rozsahu, jako ročníky předešlé. Ve stejný den a po celý týden, jako Hannover Messe Digital Edition – průmyslový veletrh v plně digitální platformě.

Hannover Messe 2021

Inovace, vytváření sítí a sdílení zkušeností ve věku průmyslové transformace – to jsou klíčová motta, která představují letošní ročník digitálního Hannover Messe, na kterém více než 1 800 vystavovatelů představí svá řešení pro výrobu a energetické systémy budoucnosti. Od umělé inteligence po robotiku, od ochrany klimatu po vodík. Nejdůležitější světový průmyslový veletrh plní svoji roli jako inovační a síťová platforma a vytváří uprostřed koronové pandemie globální platformu pro výměnu zkušeností v době průmyslové transformace.

Související články
MM Podcast: Glosa - God Save the Queen

V naivní představě ekonomického perpetuum mobile zaměstnáváme v poměru k reálné ekonomice nejvyšší počet lidí ve státní a veřejné správě v rámci nejrozvinutějších zemí OECD. Rakovinotvorný rozbujelý a nevýkonný úřednický aparát, vědomě bojkotující vznik e-státu, dokonale paralyzuje správu věcí veřejných. A jeho solidarita s aktuálně zdecimovaným privátním sektorem? Home office na 100 % mzdy, její valorizace, statisícové odměny na MF za ušetřené miliardy (…). 

Související články
V hlavní roli strojař

Fakulta strojní VŠB-TUO se pro letošní rok v rámci náborové kampaně vrací k úspěšné sérii V hlavní roli strojař. Kampaň komunikuje myšlenku, že strojaři jsou hvězdy hrající hlavní roli v moderním světě. Jejím cílem je zlepšit vnímání oboru strojírenství, posílit brand fakulty, a samozřejmě také nalákat uchazeče ke studiu strojařiny.

Chytrá kombinace systémů

Vývoj obráběcích technologií v minulém století nabral na obrátkách. Dnes jsme tuto technologii dotáhli téměř k dokonalosti – jsme schopni vyrobit předměty libovolných tvarů v přesnostech na tisíciny milimetru. Dalo by se říct, že pro zlepšení zde už příliš prostoru nezbývá, přesto nás přední výrobci obráběcích strojů a nástrojů pravidelně přesvědčují o opaku. Progresivní a inovativní přístup společnosti Ceratizit je toho jen dalším důkazem. Nedávno na trh uvedla přesnou vyvrtávací hlavu Komflex z produktové řady Komet, která umožňuje automatickou korekci průměru v případě vyvrtávání přesných otvorů. Jak to nástroj dokáže, upřesňuje v následujícím rozhovoru technický ředitel společnosti Ceratizit Česká republika Ing. Jan Gryč.

MSV ve znamení materiálů i technologií

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro Mekku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, mimo lidi z dalších oborů, setkají i výrobci plastů a též špičkových zařízení pro plastikářskou výrobu. Na naše otázky odpovídají Pavel Tuláček, jednatel společnosti Gorilla Machines, a David Svoboda, jednatel Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery Česko.

Aditivně s nadzvukovou rychlostí

Společnost Hermle je známá především pro svá přesná pětiosá obráběcí centra a nadstandardní servis. Už málokdo ví, že vyvinula také stroj pro aditivní výrobu kovových dílů. Přestože je i tato technologie založena na postupném vrstvení kovového prášku na součást, nedochází zde ke spékání prášku laserovým paprskem, ale kovový prášek je tryskou doslova nastřelován na díl nadzvukovou rychlostí. Na detaily jsme se zeptali technického zástupce společnosti Hermle Pavla Němečka.

Názorové fórum odborníků

Respondenty jsme požádali o jejich názor na podobu budoucích technologií. Současná situace přinesla mnoho omezení, mezi jinými postihla také dodavatelské řetězce, znemožnila včasné dodávky do výrobních podniků a přinesla vyšší nároky na bezpečnost zaměstnanců. Jaké nové technologie podle vás mají v současné situaci největší potenciál se prosadit?

Svařování mědi pomocí vláknového laseru

Rychlý rozvoj v oblasti elektromobility vede ke zvýšení poptávky po svařování mědi. To, co ji činí pro danou aplikaci ideální (tj. vysoká elektrická a tepelná vodivost), ji zároveň činí obtížně svařitelnou konvenčními vláknovými lasery. Díky vyšší efektivitě, zhruba dvojnásobné, někteří výrobci zkoušejí používat zelené pevnolátkové lasery. Výsledkem je stabilnější a méně citlivý proces, než jaký byl možný u standardních vláknových laserů.

Procesně stabilní zpracování recyklátů

Do roku 2025 si Evropská unie klade za cíl ročně více než zdvojnásobit používání recyklátů při výrobě plastových výrobků [1, 2]. K dosažení tohoto cíle jsou kromě závazku firem působících na trhu a vyšší kapacity při zpracování plastového odpadu zapotřebí především nové technologie zpracování. Recykláty je nutné používat v daleko větší míře a v ještě vyšších poměrech. S novými procesy vstřikování na jedné straně a inteligentní podporou na straně druhé sleduje výrobce vstřikovacích strojů Engel různé a často velmi slibné přístupy. Výroba boxů a kontejnerů ukazuje na velký potenciál.

Uplatnění kovového 3D tisku

Společnost Misan z Lysé nad Labem se aditivními technologiemi kovových dílů zabývá a tato zařízení v České republice distribuuje už osm let. Dalo by se říct, že je jedním z průkopníků s těmito technologiemi na českém trhu. Z toho pochopitelně vyplývají také její bohaté zkušenosti s touto relativně mladou výrobní disciplínou. Na otázky, kde tyto technologie nacházejí uplatnění a v jakých oblastech mohou vyniknout, jsme se ptali aplikačního inženýra pro kovové aditivní technologie Jana Hudce.

Aditivní výroba velkých dílů

Porto patří k největší průmyslové oblasti Portugalska. Od roku 1956 zde sídlí přední světový výrobce strojů technologie tváření – společnost Adira.

Fórum výrobních průmyslníků

Jaké zásadní problémy vám současná doba přináší do chodu firmy, jak se je snažíte řešit a s jakým výsledkem?

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit