Kako Fraunhofer ILT s vidljivom zračenjem sinkrotrona transformira industrijske procese
U interdisciplinarnom timu »Laser Meets Synchrotron« na Njemačkom elektronskom sinkrotronu (DESY) u Hamburgu, Fraunhofer Institut za lasersku tehnologiju ILT i RWTH Aachen – Katedra za lasersku tehnologiju usko surađuju; istražuju temeljna znanstvena pitanja iz kojih proizlaze industrijske inovacije. Uz dva partnera, konzorcij uključuje i Sveučilište Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg, Sveučilište Stuttgart, Tehničko sveučilište Ilmenau i Tehničko sveučilište Beč.
Voditelj projekta Christoph Spurk iz RWTH Aachen koordinira transport i postavljanje uređaja, lasera i optičkih komponenti te raspoređuje zadatke stručnjacima iz područja fizike, IT-a, znanosti o materijalima i strojarstva. Istraživački tim radi u tri smjene 24/7 i provodi ukupno 700 različitih eksperimenata u sedam dana. Ovi eksperimenti prodiru u industrijske laserske procese poput zavarivanja, bušenja i rezanja s ciljem boljeg razumijevanja svojstava i ponašanja materijala te konačno optimizacije procesa.
»S vidljivom zračenjem sinkrotrona možemo u DESY-u u stvarnom vremenu vizualizirati realne laserske procese, promatrati kapilare pare, pokrete taljenja ili nastanak pora«, objašnjava Spurk.
Preciznost u stvarnom vremenu: Optimizirani laserski procesi za industriju i istraživanje
Istraživački rezultati pokazuju da se ciljanim prilagođavanjem laserskih postavki može postići značajno smanjenje naprezanja, minimizirati poroznost i povećati električna vodljivost. Kapilare pare i pokreti taljenja, koji često dovode do defekata, prvi put su vizualizirani visokom rezolucijom, što omogućuje optimizaciju procesa zavarivanja za visokoučinkovite baterije.
Svojom izvanrednom briljantnošću i intenzitetom, vidljiva zračenja sinkrotrona omogućuju istraživanja s rezolucijom u mikro- i čak nanometarskom području, uvid u najfinije strukture materijala i dinamičke procese. Optički sustavi usmjeravaju lasersko zračenje na materijale; za vizualizaciju se koriste kamere velike brzine koje postižu brzine snimanja do 50.000 sličica u sekundi – Spurk i njegov tim već rade na sustavu koji bi u budućnosti trebao postići 200.000 Hz. Za vizualizaciju faznog kontrasta tim koristi scintilatore koji pretvaraju rendgensko zračenje u vidljivu svjetlost.
Ako je kontrast još uvijek prenizak, istraživači dodaju čestice volframa ili volfram-karbida u materijal. Čestice su na snimcima vidljive kao crne točke i daju uvid u pokret taljenja.
U automobilskoj industriji, zrakoplovstvu, tehnologiji vodika ili mikroelektronici, bezgrešno zavarivanje bakrenih ili aluminijskih spojeva je od suštinskog značaja, a to se odnosi i na metalne i plastične spojeve. Tek zahvaljujući vizualizaciji u stvarnom vremenu moguće je identificirati najmanje materijalne defekte koji ne bi bili vidljivi konvencionalnim metodama.
Inovativni materijalni spojevi: Nove perspektive za elektromobilnost, zrakoplovstvo i mikroelektroniku
»Istraživanje složenih materijalnih kombinacija poput bakar-aluminijskih spojeva izuzetno je važno za elektromobilnost, gdje se koriste u visokoučinkovitim baterijama i drugim kritičnim komponentama«, objašnjava dr. Alexander Olowinsky, voditelj odjela za spajanje i razdvajanje u Fraunhofer ILT. »Zahvaljujući podacima dobivenim na DESY-u, takvi se spojevi mogu proizvoditi s većom čvrstoćom i pouzdanošću. U području lakih konstrukcija istražujemo i druge procese strukturiranja, a rezultati se izravno koriste u razvoju novih tehnologija.«
Vidljiva zračenja sinkrotrona omogućuju rano prepoznavanje naprezanja i neželjenih struktura u aluminij-titanijskim spojevima u zrakoplovnoj industriji te optimizaciju proizvodnog procesa. Osim toga, lasersko zavarivanje prahom niklovih superlegura, na primjer za lopatice turbina, poboljšava se uz pomoć snimaka velike brzine. U mikroelektronici, visoko precizni procesi spajanja su neophodni. Analiza pokreta taljenja u ultratankim bakrenim trakama pomaže u izbjegavanju kratkih spojeva i umora materijala, što je posebno važno za proizvodnju poluvodiča i tiskani krugova.
Od Big Data do Smart Data: Precizne analize za industrijske inovacije
Stručnost partnera »Laser Meets Synchrotron« igra ključnu ulogu u korištenju ove tehnologije. Dobiveni podaci zahtijevaju specijalizirane analize koje su moguće samo s temeljitim znanjem i posvećenim softverom – istraživački tim vraća se u institute s do 50 terabajta podataka.
»Naša snaga nije samo u izvođenju ovih eksperimenata, već prije svega u razumijevanju i interpretaciji rezultata, pripremi i korištenju složenih podataka«, objašnjava Christoph Spurk. »Od Big Data stvaramo Smart Data.« To je moguće samo s interdisciplinarnim pristupom tima; samo tako se podaci dobiveni na sinkrotronu mogu prenijeti u praksu.
Ekonomska korist za kupce i partnere daleko nadilazi optimizaciju procesa: Dobiveni podaci i spoznaje čine temelj potpuno novih poslovnih modela, primjerice u području razvoja materijala temeljenog na podacima. Tako tvrtke mogu razviti prilagođene materijale za specifične primjene s preciznim analitičkim rezultatima, što im daje odlučujuću konkurentsku prednost. Tvrtke poput Audija, Bosch Research i Denso mogle su kroz suradnju učiniti svoje proizvodne procese učinkovitijima i skratiti razvojne cikluse.
Kontakt:
