Os lasers agora estão presentes em quase todos os aspectos da produção automotiva. Eles são usados em todos os níveis da cadeia de suprimentos, desde fornecedores de componentes e materiais de nível 3 até os maiores fabricantes de equipamentos originais do mundo.
E os lasers agora fazem muito mais do que apenas soldar. Além da montagem estrutural, eles auxiliam na fabricação de baterias, produção de eletrônicos de potência, preparação de superfícies, rastreabilidade e uma variedade de aplicações que nem existiam há uma década.
Este artigo oferece uma visão geral sobre o papel dos lasers na fabricação automotiva moderna. Ele também destaca as características únicas do processamento a laser – os fatores que manterão os lasers no comando à medida que a indústria avança em direção a maior precisão, maior automação e rápido crescimento da mobilidade elétrica.
O que há de tão especial nos lasers?
Atualmente, muitas indústrias enfrentam o mesmo conjunto de pressões subjacentes. Elas precisam fornecer produtos com maior precisão, melhor qualidade, formatos menores e menor consumo de energia. No nível da fabricação, elas também enfrentam demandas de maior rendimento, requisitos de sustentabilidade mais rigorosos e pressão implacável para redução de custos.
Os lasers tornaram-se ferramentas de fabricação amplamente utilizadas porque, muitas vezes, atendem a todos esses objetivos de forma mais consistente do que os processos mecânicos, térmicos e químicos alternativos. Isso é verdade porque:
Os lasers são sem contato: sem desgaste de ferramentas ou aplicação de força, os processos a laser permanecem consistentes ao longo do tempo.
Os lasers são altamente seletivos espacialmente: um feixe de laser pode ser focado em microns ou expandido para cobrir vários metros quadrados, ajudando os sistemas e operadores a direcionar a energia apenas para onde ela é necessária.
Os lasers são coerentes e brilhantes: a alta densidade de potência permite soldagem com penetração profunda, corte rápido, cortes limpos e zonas minimamente afetadas pelo calor.
Os lasers são eficientes: os lasers convertem eletricidade em energia óptica com alta eficiência e, em seguida, acoplam essa energia aos materiais com pouco desperdício, reduzindo a entrada de calor e o pós-processamento.
Os lasers são facilmente automatizáveis: quase todos os parâmetros de saída do laser podem ser ajustados remotamente em tempo real. Isso permite receitas de processo complexas e mudanças rápidas.
Os lasers funcionam com muitos materiais: a mesma plataforma laser pode frequentemente processar aço, alumínio, cobre, ligas de níquel, aços revestidos, plásticos, compósitos e cerâmicas.
Os lasers oferecem suporte a monitoramento avançado e controle de circuito fechado: o feedback do processo – desde simples leituras de potência até medições em linha da profundidade da solda – permite o controle automatizado do laser, ajudando a obter uma consistência superior entre as unidades.
Agora, vamos fazer um rápido tour pelas áreas onde os lasers estão causando o maior impacto na fabricação automotiva.
Carroceria em branco
A carroceria em branco foi onde os lasers entraram pela primeira vez na produção automotiva na década de 1970, e seu papel só se expandiu desde então. Hoje, eles são usados rotineiramente para soldagem em alta velocidade, corte e produção de peças sob medida.
A soldagem a laser é vantajosa porque produz costuras estreitas e profundas com entrada mínima de calor. Isso reduz a distorção, melhora o encaixe e mantém tolerâncias dimensionais rigorosas em grandes conjuntos.
A baixa entrada de calor é especialmente valiosa ao trabalhar com os materiais avançados atuais, incluindo aços de alta resistência e ultra-alta resistência. Estes podem entortar, rachar ou perder suas propriedades mecânicas únicas sob os métodos tradicionais de soldagem. A baixa entrada de calor também ajuda na união de materiais mistos, cujas características diferentes de expansão térmica e fusão os tornam propensos a distorção ou rachaduras com a soldagem convencional.
Os lasers também suportam movimentos contínuos e ininterruptos por meio de soldagem instantânea e cabeçotes de varredura montados em robôs. Isso permite que os fabricantes eliminem atrasos de parada e partida e aumentem a produtividade.
E como os processos a laser são limpos, consistentes e repetíveis, eles reduzem o retrabalho e as cargas de inspeção a jusante. Combinados com o monitoramento em linha da profundidade da solda e da posição da costura, os lasers fornecem aos fabricantes de equipamentos originais (OEMs) um método de união de alta qualidade que se integra facilmente às modernas oficinas de carroceria automatizadas.
Componentes do trem de força e do chassi
Os lasers também desempenham um papel cada vez mais importante na produção de componentes do trem de força e do chassi, onde a precisão e a repetibilidade influenciam diretamente o desempenho, a durabilidade e a segurança do veículo. Muitas dessas peças – caixas de transmissão, carcaças de unidades de acionamento, placas de resfriamento, suportes de montagem e componentes de suspensão – apresentam geometrias complexas e espessuras de material variadas.
Todas essas aplicações de soldagem se beneficiam do controle térmico rigoroso proporcionado pelos lasers. O controle preciso da entrada de calor ajuda a produzir juntas fortes e consistentes com distorção mínima, ajudando os fabricantes a manter o alinhamento e a integridade mecânica em peças que operam sob carga contínua.
As configurações de laser de fibra de feixe duplo recentemente desenvolvidas ampliam ainda mais essas vantagens, permitindo a soldagem sem respingos de componentes fundidos e usinados — um espaço de aplicação antes dominado pelos lasers de CO₂. Os lasers de feixe duplo oferecem um processo limpo e estável, o que é especialmente importante para montagens que contêm lubrificantes, rolamentos ou superfícies de precisão que devem permanecer livres de contaminação.
Fabricação de baterias para mobilidade elétrica
Em nenhum outro setor a adoção do laser se acelerou mais rapidamente – ou desempenhado um papel tão importante – como na fabricação de baterias para veículos elétricos. As células, os módulos e os conjuntos de baterias exigem uma união precisa e repetível de componentes de cobre, alumínio e níquel. Todos esses materiais são notoriamente difíceis de soldar com processos tradicionais.
Os lasers proporcionam o controle térmico preciso necessário para formar conexões elétricas mecanicamente resistentes e de baixa resistência. E fazem isso sem danificar filmes separadores, adesivos ou camadas de isolamento próximos. Eles permitem a soldagem de alta velocidade de terminais a barramentos, soldagem de folhas metálicas e corte preciso de coletores de corrente com o mínimo de rebarbas ou detritos.
As configurações de laser de fibra de feixe duplo e feixe oscilante são novamente essenciais aqui. Seu uso reduz respingos e minimiza a porosidade. Isso proporciona uma qualidade de conexão consistente em milhares de juntas por pacote.
As inovações no monitoramento óptico em linha melhoram ainda mais a qualidade do processo, fornecendo validação em tempo real da profundidade da solda, posição da costura e consistência. Tudo isso oferece aos fabricantes de veículos elétricos um processo escalável e de alto rendimento para a construção das células, módulos e estruturas de pacotes que estão no centro da mobilidade elétrica moderna.
Motores elétricos
O processamento a laser é valioso na fabricação de motores de tração para veículos elétricos, especialmente aqueles construídos com designs de enrolamento em hairpin. Seus condutores de cobre devem ser precisamente descascados, moldados e soldados para minimizar a resistência elétrica e atender às tolerâncias mecânicas rigorosas no enrolamento final montado.
Os lasers são frequentemente utilizados pela primeira vez para remover o isolamento do esmalte de forma limpa e precisa. Eles podem expor o cobre subjacente sem contato mecânico, deformação ou danos térmicos. Esses resultados são difíceis de alcançar com métodos abrasivos ou químicos de decapagem.
Para criar as conexões elétricas finais, a soldagem a laser produz juntas resistentes e com baixo respingo, com entrada mínima de calor. Isso protege o isolamento, as laminações e os materiais de encapsulamento epóxi próximos. O feixe duplo – e, particularmente, implementações de feixe oscilante – melhoram ainda mais a ponte de lacunas e a consistência da soldagem, garantindo um desempenho uniforme em milhares de grampos.
Interior e acabamentos
Os lasers suportam uma ampla gama de operações de acabamento e interiores. Eles são úteis aqui porque combinam precisão e velocidade e, muitas vezes, oferecem um resultado esteticamente superior. Muitos componentes plásticos, tecidos, compostos e revestidos — especialmente aqueles visíveis ao consumidor — exigem cortes limpos, perfurações precisas ou padrões de orifíciosou recursos decorativos.
As ferramentas mecânicas têm dificuldade em criar essas bordas sem introduzir rugosidade ou deformação. Os lasers proporcionam bordas suaves e repetíveis com impacto térmico mínimo. Isso melhora a aparência e reduz a necessidade de pós-processamento para restaurar a aparência. Sua capacidade de cortar contornos complexos os torna ideais para aberturas de painéis de instrumentos, janelas de sensores, grades de alto-falantes e perfurações estéticas.
A marcação a laser, especialmente a marcação diurna/noturna, é usada em todos os interiores automotivos. É ideal para botões retroiluminados, interruptores e peças de acabamento que exigem marcas atraentes, altamente legíveis e, às vezes, complexas. Por não exigir ferramentas e ser compatível com uma ampla variedade de materiais, a marcação a laser facilita mudanças rápidas de opções e trocas de variantes sem a necessidade de reequipamento.
Rastreabilidade e marcação de conformidade
As propriedades desejáveis da marcação a laser levaram ao seu uso generalizado em aplicações de rastreabilidade automotiva. A principal delas é a ausência de contato ou desgaste da ferramenta, o que elimina o risco de distorcer superfícies delicadas. E, como os lasers podem gerar marcas extremamente pequenas ou grandes, eles suportam tudo, desde micro-serialização até identificadores grandes e de alto contraste.
A capacidade de controlar a marcação a laser por meio de software permite a serialização ou alterações no conteúdo da marcação em tempo real, sem a necessidade de reequipamento. E como os lasers funcionam em metais, plásticos, revestimentos e compósitos, uma única plataforma pode marcar muitos dos materiais usados em um veículo.
Algumas das principais aplicações de marcação incluem componentes de freios, módulos de airbag e fixadores estruturais. Esses componentes exigem identificadores duráveis e permanentes, capazes de resistir ao calor, aos fluidos e à vibração durante toda a vida útil do veículo. Os componentes eletrônicos e as carcaças, incluindo unidades de controle, sensores e módulos de energia, precisam de marcas que não danifiquem os componentes internos nem comprometam as vedações. E, em toda a cadeia de suprimentos, a serialização e a codificação de matriz de dados auxiliam no rastreamento de peças, no controle de variantes e na conformidade com os requisitos industriais e regulatórios.
Limpeza de superfícies
Os lasers são cada vez mais utilizados para a preparação de superfícies sempre que é importante controlar rigorosamente a profundidade da remoção do material e preservar as estruturas subjacentes. A limpeza a laser permite isso, removendo ferrugem, óxidos, adesivos e tinta sem contato mecânico ou meios abrasivos. O processo expõe uma superfície limpa e uniforme, evitando a distorção, danos ao substrato ou resultados inconsistentes que podem ocorrer com jateamento ou esmerilhamento.
A baixa entrada de calor mantém intactas as propriedades do material circundante, o que é importante ao preparar peças para soldagem ou colagem adesiva. Os lasers podem até mesmo texturizar superfícies em padrões controlados para melhorar a força de adesão ou promover a molhabilidade. Como o processo é programável, os fabricantes podem aplicar esses tratamentos a regiões específicas sem mascaramento ou fixação.
Cura de revestimento em pó
O uso de sistemas de laser de diodo de alta potência para a cura de revestimentos em pó está apenas começando a se popularizar. Isso porque a cura a laser oferece várias vantagens em relação aos fornos tradicionais de convecção ou lâmpadas infravermelhas.
Como os lasers proporcionam aquecimento localizado, apenas as áreas revestidas atingem temperaturas de fusão e fluxo. A luz laser infravermelha de banda estreita é fortemente absorvida pelas partículas de pó, o que melhora a eficiência da cura e minimiza o aquecimento em massa da peça subjacente. A eficiência de conversão elétrica dos lasers de diodo também é substancialmente maior do que a de outras fontes infravermelhas, o que significa que mais energia de entrada é direcionada diretamente para a cura, em vez de ser perdida como excesso de calor.
Juntas, essas características tornam a cura a laser significativamente mais rápida e mais eficiente em termos energéticos do que outros métodos. Além disso, a cura a laser de revestimentos em pó se presta ao controle de processo em linha para oferecer resultados altamente consistentes.
Primeiros passos com uma solução a laser
Embora o processamento a laser ofereça inúmeras vantagens, os melhores resultados e os mais econômicos para uma aplicação específica são obtidos mais facilmente através da parceria com um fornecedor experiente de soluções a laser.
Desenvolvendo ou otimizando um processo de fabricação automotiva? Os projetos automotivos geralmente começam em nossos Laboratórios de Aplicação, onde ajudamos a desenvolver, validar e otimizar processos antes de implementá-los e dimensioná-los na produção. À medida que os requisitos automotivos se expandem, a IPG continua sendo um parceiro comprometido com soluções a laser confiáveis e de alto rendimento.
