Cum transformă Fraunhofer ILT procesele industriale cu radiația sincrotron
În echipa interdisciplinară „Laser Meets Synchrotron” de la Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) din Hamburg, Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laser ILT și RWTH Aachen – Catedra de Tehnologie Laser colaborează strâns; cercetează întrebări științifice fundamentale din care decurg inovații industriale. La consorțiu se alătură, pe lângă cei doi parteneri, Universitatea Friedrich-Alexander din Erlangen-Nürnberg, Universitatea Stuttgart, Universitatea Tehnică Ilmenau și Universitatea Tehnică din Viena.
Coordonatorul proiectului Christoph Spurk de la RWTH Aachen coordonează transportul și configurarea echipamentelor, laserelor și componentelor optice și împarte sarcinile specialiștilor din domeniile fizicii, IT, știința materialelor și inginerie mecanică. Echipa de cercetare lucrează în ture de trei schimburi 24/7 și realizează în șapte zile un total de 700 de experimente diferite. Acestea pătrund în procesele industriale de laser, cum ar fi sudarea, găurirea și tăierea, cu scopul de a înțelege mai bine proprietățile și comportamentul materialelor și, în cele din urmă, de a optimiza procesele.
„Cu radiația sincrotron, putem vizualiza procesele laser realiste în timp real la DESY, observând capilarele de vapori, mișcările de topire sau formarea porilor”, explică Spurk.
Precizie în timp real: Procese laser optimizate pentru industrie și cercetare
Rezultatele cercetării arată că prin ajustarea țintită a setărilor laser, este posibilă o reducere semnificativă a fisurilor de tensiune, minimizarea porozității și creșterea conductivității electrice. Capilarele de vapori și mișcările de topire, care adesea conduc la defecte, au fost vizualizate pentru prima dată la o rezoluție înaltă, ceea ce permite optimizarea proceselor de sudare pentru baterii de înaltă performanță.
Cu strălucirea și intensitatea lor remarcabilă, radiația sincrotron permite investigații cu o rezoluție în domeniul micro și chiar nanometric, oferind perspective asupra celor mai fine structuri materiale și procese dinamice. Sistemele optice concentrează radiația laser pe materiale; pentru vizualizare sunt utilizate camere de înaltă viteză, care ating rate de imagine de până la 50.000 cadre pe secundă – Spurk și echipa sa lucrează deja la un sistem care în viitor ar trebui să atingă 200.000 Hz. Pentru vizualizarea contrastului de fază, echipa folosește scintilatoare care transformă radiația X în lumină vizibilă.
Dacă contrastul este încă prea scăzut, cercetătorii adaugă particule de tungsten sau carburi de tungsten în material. Particulele sunt vizibile în imagini ca puncte negre și oferă informații despre mișcarea de topire.
În sectorul auto, aviație, tehnologia hidrogenului sau microelectronică, sudarea fără defecte a conexiunilor de cupru sau aluminiu este esențială, la fel ca și pentru conexiunile metalice și plastice. Numai prin vizualizarea în timp real pot fi identificate cele mai mici defecte de material, care nu ar fi vizibile cu metode convenționale.
Conexiuni inovatoare de materiale: Perspective noi pentru electromobilitate, aviație și microelectronică
„Investigarea combinațiilor complexe de materiale, cum ar fi conexiunile cupru-aluminiu, este extrem de importantă pentru electromobilitate, unde sunt utilizate în baterii de înaltă performanță și alte componente critice”, explică Dr. Alexander Olowinsky, șeful departamentului de sudare și separare la Fraunhofer ILT. „Datorită datelor obținute la DESY, astfel de conexiuni pot fi fabricate cu o rezistență și fiabilitate mai mari. În domeniul construcțiilor ușoare, investigăm și alte procese de structurare, iar rezultatele se integrează direct în dezvoltarea de noi tehnologii.”
Radiația sincrotron permite detectarea timpurie a fisurilor de tensiune și structurilor nedorite în conexiunile de aluminiu-titan din industria aeronautică și optimizarea procesului de fabricație. În plus, sudarea cu laser a aliajelor superioare pe bază de nichel, de exemplu pentru paletele de turbine, este îmbunătățită cu ajutorul filmărilor de înaltă viteză. În microelectronică, procesele de conectare de înaltă precizie sunt esențiale. Analiza mișcărilor de topire în benzi de cupru ultrafine ajută la evitarea scurtcircuitelor și a oboselii materialului, ceea ce este deosebit de important pentru producția de semiconductori și plăci de circuit imprimat.
De la Big Data la Smart Data: Analize precise pentru inovații industriale
Expertiza partenerilor „Laser Meets Synchrotron” joacă un rol cheie în utilizarea acestei tehnologii. Datele obținute necesită analize specializate, care sunt posibile doar cu cunoștințe solide și software dedicat – echipa de cercetare se întoarce cu până la 50 de terabytes de date în institute.
„Punctul nostru forte nu este doar să realizăm aceste experimente, ci mai ales să înțelegem și să interpretăm rezultatele, să prelucrăm datele complexe și să le facem utilizabile”, explică Christoph Spurk. „Transformăm Big Data în Smart Data.” Acest lucru este posibil doar datorită orientării interdisciplinare a echipei; numai așa pot fi transferate în practică datele obținute la sincrotron.
Beneficiul economic pentru clienți și parteneri depășește cu mult optimizările proceselor: Datele și cunoștințele obținute constituie baza pentru modele de afaceri complet noi, de exemplu în domeniul dezvoltării de materiale bazate pe date. Astfel, companiile pot dezvolta materiale personalizate pentru aplicații specifice cu ajutorul rezultatelor analizei precise, ceea ce le oferă un avantaj competitiv decisiv. Companii precum Audi, Bosch Research și Denso au reușit să își eficientizeze procesele de producție și să reducă ciclurile de dezvoltare prin cooperare.
Contact:
