레이저 용접 연구는 EV 제조 솔루션을 목표로 합니다.

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편집자 주: 이 기능은 원래 Canadian Fabricating & Welding 2022년 6월호에 게재되었습니다.

레이저 용접은 지난 몇 년 동안 제조의 주류로 자리 잡았습니다. 용접 셀에서 휴대용 모델에 이르기까지 레이저 용접은 OEM 및 작업장에 효율성을 창출하고 있습니다. 고품질 용접, 빠른 생산 속도 및 용접 후 처리 감소를 제공하는 이 기술은 제작자로부터 더 많은 관심을 끌고 있습니다.

레이저 기술은 계속해서 더욱 정교해지고 있습니다. 이 개발의 선두에 있다고 알려진 회사는 이스라엘에 본사를 둔 Civan Lasers입니다. 이 회사는 국제 광학 및 포토닉스 협회인 SPIE와 포토닉스 미디어(Photonics Media)로부터 산업용 레이저 부문 2022 프리즘 어워드(Prism Award)를 수상했습니다. 이 상은 움직이는 부품 없이 최대 수백 메가헤르츠의 속도로 빔 모양을 원하는 대로 변조하는 7~14kW, 단일 모드, 연속파, 동적 빔 레이저(DBL) 기술인 Civan의 OPA 6 Weld를 인정한 것입니다.

레이저는 광학 위상 배열 간섭성 빔 결합을 사용하여 많은 단일 모드 레이저 빔을 더 큰 빔으로 병합합니다. 각 레이저의 빛은 원거리 필드의 다른 빔과 중첩되어 빔 모양을 실시간으로 조작할 수 있는 회절 패턴을 생성합니다. 위상 변조기는 개별 빔을 제어하고 결과적인 간섭 패턴을 조정하여 빔 스폿 위치를 최대화하고 빔의 움직임에 따라 새겨진 다양한 모양 패턴을 생성할 수 있습니다.

"빔 성형의 다른 방법은 주로 빔의 흔들림과 관련이 있습니다"라고 Civan의 응용 연구실 연구원인 Asaf Nissenbaum 박사는 말했습니다. "즉, 빔을 약간 변동시켜 국부적인 조향을 유발할 수 있으며 이는 기계적 수단으로 지원됩니다. 이 기술의 단점은 작동할 수 있는 최대 주파수가 제한되어 있고 최대 빔이 있는 갈보 스캐너를 사용한다는 것입니다. 또한, 워블 모션 프로필도 제한적인 반면 OPA 6 레이저는 훨씬 더 높은 주파수와 모양 프로필에서 작동할 수 있습니다."

형상 주파수, 형상 순서 및 초점 깊이를 제어하여 모세관의 증발, 용융 풀의 흐름 및 모든 레이저 재료 처리 응용 분야에 대한 용융물의 응고를 최적화할 수 있습니다. 이러한 제어는 기공, 스패터 및 균열 형성을 제거하는 동시에 용접 및 적층 제조 응용 분야에서 공급 속도와 속도를 증가시킨다고 회사는 보고합니다.

레이저가 실행될 수 있는 속도와 즉석에서 빔을 변경할 수 있는 능력은 전기 자동차(EV) 연료 전지 제조와 관련된 연구에 대한 관심을 불러일으키고 있습니다. 독일 아헨의 Fraunhofer Labs에 기반을 둔 Eureka 프로젝트의 최근 연구 결과에 따르면, 회사의 레이저는 양극판 용접의 공급 속도 증가를 통해 청정 에너지 엔진을 경제적으로 대량 생산할 수 있는 기술 솔루션을 자동차 산업에 제공할 수 있습니다.

연료전지를 효율적으로 생산하기 위한 과제는 수백 미크론의 얇은 판인 양극판을 용접하는 데 있습니다. 각 셀에는 용접 이음새가 3~6m인 플레이트 300~400개가 포함되어 있습니다. 수요에 맞춰 용접 속도를 높이려는 노력이 많지만, 이송 속도를 0.5m/초 이상으로 높이면 용접 불량이 발생해 부품 불량, 자재 적체 등이 발생한다.

Eureka 프로젝트를 주도하는 세 조직인 Civan Lasers, 독일의 Fraunhofer 레이저 기술 연구소(ILT), 독일의 Smart Move GmbH는 Civan의 레이저 기술을 사용하여 이 용접 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.

Nissenbaum은 "레이저 용접에서 특정 속도 이상에서 흔히 볼 수 있는 결함은 '혹'이라고 알려진 용접 부분의 주기적 융기 현상입니다."라고 말했습니다. "이것은 다공성, 일관성 및 융합 부족의 문제를 제기합니다. 이는 연료 전지 산업에서 가느냐 안 가느냐의 문제입니다. 예를 들어 이 레이저를 사용하면 여러 모양의 시퀀스를 가질 수 있으며 각 모양은 다음과 같은 문제를 해결하도록 지정됩니다. 용접의 다양한 문제를 마이크로초 단위로 파악하여 전체 프로세스를 목표로 삼을 수 있습니다."