Laserové mikrosvařování silových vodičů
Elektromobilita, zkrácené označení pro vývoj elektromobilů, dala ve Fraunhofer Institutu ILT podnět k vývoji nového postupu pro laserové mikrosvařování i silových, silně zatěžovaných spojů na cestě akumulátor - výkonová elektronika - elektromotor. Rozhraním tu bývají polovodičové proudové a napěťové převodníky s Al nebo Cu spoji, kde zatěžované spoje byly doposud svařované ultrazvukem, což přinášelo nebezpečí mechanického poškození nosného keramického substrátu. V ILT proto vyvinuli pro napojování silně zatěžovaných hliníkových nebo měděných vodičů na komponenty silové elektroniky metodu odvozenou od laserového mikrosvařování. Napojení spojů je buď přeplátováním, nebo při větších tloušťkách plechu kolem 0,8 mm koutovým svarem. Proces poskytuje pro výrobce bateriových kompletů spolehlivé řešení svařování bez jakéhokoliv přídavného materiálu.
Měď a Selective Laser Melting
V ILT, jak už sám název napovídá (Institut für Lasertechnik), se zabývají co nejširším spektrem laserových průmyslových technologií - zpracováním mědi a jejích slitin i výrobou prostorových tvarovaných dílů, které mohou pro svou dobrou tepelnou vodivost sloužit kupř. i jako vložky forem na vstřikování plastů, kde rychleji odvádějí teplo z kritických míst plastového výlisku. Způsob Selective Laser Melting (SLM), vytváření výrobku podle digitalizovaných dat ve vrstvách natavováním práškového materiálu laserem, je u řady materiálů už léta známým osvědčeným postupem. Při zkouškách s mědí se však ukázalo, že pro její fyzikální vlastnosti nejsou natavované vrstvy kvalitní, vytvářejí se v nich rysky a natavované minikuličky. Ty byly přitom větší než tloušťka vrstvy a narušovaly další postup. V ILT nyní přišli na nový modifikovaný postup SLM, kdy místo obvyklého výkonu laseru 200 W, který se u těchto metod používá, zvolili při zpracovávání prášku ze slitiny Hovadur K220 výkon 1 000 W. Postup byl natolik úspěšný, že bylo možné vytvořit u měděného polotovaru vložek forem i miniaturní chladicí kanálky. Úkolem ale pro ILT zatím zůstává zpracování prášků z čisté mědi, kde tepelná vodivost je přibližně dvojnásobná oproti slitině Hovadur K220.
Měď, hliník a Selective Laser Sinterimg
Od metody vytváření výrobku laserovým natavováním vrstev z práškového materiálu SLM se postup Selective Laser Sintering SLS odlišuje nižší teplotou, než je teplota tavení práškového materiálu, a za této teploty pak spékáním vrstev do konečného produktu. Tady se současné vývojové práce, které tentokrát probíhají na U 3D-Micromac AG, zabývají mikrospékáním miniaturních tvarů.z různých materiálů, včetně prášků slitin mědi a prášků slitin hliníku. Limitem miniaturizace je tu průměr fokusovaného laserového paprsku, tloušťka vrstev a velikost zrn prášků. Současně komerčně dostupná zařízení pro postupy SLS pracují s tloušťkou vrstev 20-100 µm. Při průměru fokusovaného laserového paprsku 20-500 µm nebylo možné dosud dojít pod tvarové rozlišení 150 µm (pro srovnání postupy frézování dosahují rozlišení i 20 µm). K naplnění cíle došlo až u sub-µm zrn kovových prášků, kdy se u metody SLS dosáhlo tvarového rozlišení i pod 30 µm při drsnosti povrchu Ra do 1,5 µm.
Al slitiny a SLM
Využití metody Selective Laser Melting SLM pro slitiny hliníku řeší úkol „AluGenerativ", podporovaný tentokrát společností Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG. ILT - opět jako řešitel projektu tu spolupracuje hlavně s firmami z automobilového průmyslu, především pak s firmou BMW a Festo. Testy, které probíhaly při užití slitiny AlSi10Mg z hlediska absolutní hustoty, sledovaly závislost mezi výkonem laseru a rychlostí skenování. Při výkonu laseru 150 W bylo třeba dodržet rychlost skenování 100 mm.s-1, při výkonu laseru 250 W ji bylo možné zvýšit až na 500 mm.s-1. Porózita u těchto dílů byla nižší (<1 %) než u dílů tlakově odlévaných (cca 3 %), mechanické vlastnosti dílů u obou technologií byly obdobné, u některých ukazatelů, jako je pevnost v tahu nebo mez kluzu, u SLM dokonce i lepší. Postup SLM se oproti tlakovému lití ukázal i jako daleko hospodárnější a rychlejší.
Ing. Jiří Šmíd
smid@gmail.com
On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit v digitální trafice PUBLERO.