Lasers zijn tegenwoordig in bijna elk onderdeel van de autoproductie terug te vinden. Ze worden gebruikt in alle schakels van de toeleveringsketen, van Tier-3-leveranciers van onderdelen en materialen tot 's werelds grootste OEM's.
Lasers worden tegenwoordig voor veel meer dan alleen lassen gebruikt. Naast structurele assemblage ondersteunen ze ook de productie van batterijen, vermogenselektronica, oppervlaktebehandeling, traceerbaarheid en een verscheidenheid aan toepassingen die tien jaar geleden nog niet eens bestonden.
Dit artikel biedt een algemeen overzicht van de rol van lasers in de moderne automobielproductie. Het belicht ook de unieke kenmerken van laserbewerking – de factoren die ervoor zorgen dat lasers een leidende rol blijven spelen naarmate de industrie zich ontwikkelt in de richting van hogere precisie, grotere automatisering en de snelle groei van e-mobility.
Wat is er zo bijzonder aan lasers?
Veel industrieën hebben tegenwoordig te maken met dezelfde onderliggende druk. Ze moeten producten leveren met een hogere precisie, betere kwaliteit, kleinere vormfactoren en een lager energieverbruik. Op productieniveau worden ze ook geconfronteerd met hogere doorvoervereisten, strengere duurzaamheidseisen en een voortdurende neerwaartse kostendruk.
Lasers zijn zo'n veelgebruikt productiemiddel geworden omdat ze vaak al deze doelstellingen consistenter ondersteunen dan alternatieve mechanische, thermische en chemische processen. Dit komt omdat:
Lasers zijn contactloos: zonder slijtage van gereedschap of uitgeoefende kracht blijven laserprocessen in de loop van de tijd consistent.
Lasers zijn zeer ruimtelijk selectief: een laserstraal kan worden gefocust tot microns of worden uitgebreid tot enkele vierkante meters, waardoor systemen en operators de energie alleen kunnen richten waar dat nodig is.
Lasers zijn coherent en helder: een hoge vermogensdichtheid maakt deep lassen, snel snijden, zuivere sneden en minimale warmtebeïnvloede zones mogelijk.
Lasers zijn efficiënt: Lasers zetten elektriciteit met een hoog rendement om in optische energie en koppelen die energie vervolgens met weinig verlies aan materialen, waardoor de warmte-input en nabewerking worden verminderd.
Lasers zijn eenvoudig te automatiseren: bijna elke laseroutputparameter kan op afstand in realtime worden aangepast. Dit ondersteunt complexe procesrecepten en snelle omschakelingen.
Lasers werken met veel verschillende materialen: hetzelfde laserplatform kan vaak staal, aluminium, koper, nikkellegeringen, gecoat staal, kunststoffen, composietmaterialen en keramiek verwerken.
Lasers ondersteunen geavanceerde monitoring en gesloten regelkringen: procesfeedback – van eenvoudige vermogensmetingen tot inline lasdieptemetingen – maakt geautomatiseerde lasercontrole mogelijk, wat bijdraagt aan een superieure consistentie tussen de verschillende eenheden.
Laten we nu eens kort kijken naar de gebieden waar lasers de grootste impact hebben op de automobielproductie.
Carrosserie
Lasers werden in de jaren zeventig voor het eerst toegepast in de autoproductie, namelijk bij de productie van carrosserieën. Sindsdien is hun rol alleen maar groter geworden. Tegenwoordig worden ze routinematig gebruikt voor hogesnelheidslassen, trimmen en de productie van op maat gemaakte blanks.
Laserlassen is voordelig omdat het kenmerkend smalle, deep produceert met minimale warmte-inbreng. Deze verminderen vervorming, verbeteren de pasvorm en handhaven nauwe maattoleranties in grote assemblages.
Een lage warmte-inbreng is vooral waardevol bij het werken met de geavanceerde materialen van vandaag, waaronder hoogwaardig en ultrahogesterkte staal. Deze kunnen bij traditionele lasmethoden vervormen, barsten of hun unieke mechanische eigenschappen verliezen. Een lage warmte-inbreng helpt ook bij het verbinden van gemengde materialen, die door hun verschillende thermische uitzetting en smeltkarakteristieken bij conventioneel lassen gevoelig zijn voor vervorming of barsten.
Lasers ondersteunen ook continue, ononderbroken bewegingen door middel van on-the-fly lassen en Gemonteerde koppen. Hierdoor kunnen fabrikanten stop-startvertragingen elimineren en de doorvoer verhogen.
En omdat laserprocessen schoon, consistent en herhaalbaar zijn, verminderen ze het aantal herbewerkingen en de inspectielast in latere stadia. In combinatie met inline monitoring van lasdiepte en naadpositie bieden lasers OEM's een hoogwaardige verbindingsmethode die gemakkelijk kan worden geïntegreerd in moderne geautomatiseerde carrosseriebedrijven.
Aandrijflijn- en chassisonderdelen
Lasers spelen ook een steeds grotere rol bij de productie van aandrijflijn- en chassisonderdelen, waar precisie en herhaalbaarheid rechtstreeks van invloed zijn op de prestaties, duurzaamheid en veiligheid van voertuigen. Veel van deze onderdelen – transmissiebehuizingen, aandrijfeenheidbehuizingen, koelplaten, montagebeugels en ophangingscomponenten – hebben complexe geometrieën en variërende materiaaldiktes.
Al deze lastoepassingen profiteren van de nauwkeurige thermische regeling die lasers bieden. Nauwkeurige regeling van de warmte-inbreng helpt bij het produceren van sterke, consistente verbindingen met minimale vervorming, waardoor fabrikanten de uitlijning en mechanische integriteit kunnen behouden in onderdelen die onder continue belasting werken.
Recent ontwikkelde dual-beam fiber versterken deze voordelen nog verder door spettervrij lassen van gegoten en bewerkte componenten mogelijk te maken – een applicatie voorheen werd gedomineerd door CO₂-lasers. Dual-beam lasers bieden een schoon, stabiel proces dat vooral belangrijk is voor assemblages die smeermiddelen, lagers of precisieoppervlakken bevatten die vrij van verontreiniging moeten blijven.
Productie van E-mobility
Nergens is de toepassing van lasertechnologie sneller toegenomen – of een belangrijkere rol gespeeld – dan bij de productie van EV-batterijen. Batterijcellen, -modules en -packs vereisen allemaal een nauwkeurige, herhaalbare verbinding van koper-, aluminium- en nikkelcomponenten. Al deze materialen zijn notoir moeilijk te lassen met traditionele processen.
Lasers bieden de nauwkeurige thermische controle die nodig is om mechanisch sterke elektrische verbindingen met lage weerstand te vormen. En dat zonder schade aan nabijgelegen scheidingsfolies, kleefstoffen of isolatielagen. Ze maken het mogelijk om met hoge snelheidbusbar , folielassen en precisiesnijden van stroomcollectoren uit te voeren met minimale bramen of restanten.
Ook hier zijn configuraties met dubbele straal en wobble fiber weer essentieel. Het gebruik ervan vermindert spatten en minimaliseert porositeit. Dit levert een consistente verbindingskwaliteit op voor duizenden verbindingen per verpakking.
Innovaties op het gebied van inline optische monitoring verbeteren de proceskwaliteit nog verder door realtime validatie van lasdiepte, naadpositie en consistentie. Dit alles biedt EV-fabrikanten een schaalbaar, hoogrendementproces voor het bouwen van de cellen, modules en packstructuren die de kern vormen van moderne e-mobility.
Elektrische Motoren
Laserbewerking is waardevol bij de productie van EV-tractiemotoren, met name motoren die zijn gebouwd rond hairpin . Hun koperen geleiders moeten nauwkeurig worden gestript, gevormd en gelast om de elektrische weerstand te minimaliseren en te voldoen aan strenge mechanische toleranties in de uiteindelijk geassembleerde wikkeling.
Lasers worden vaak eerst gebruikt om de emaille-isolatie netjes en nauwkeurig te verwijderen. Ze kunnen het onderliggende koper blootleggen zonder mechanisch contact, vervorming of thermische schade. Deze resultaten zijn moeilijk te bereiken met schurende of chemische stripmiddelen.
Om de definitieve elektrische verbindingen te maken, produceert laserlassen sterke verbindingen met weinig spatten en minimale warmte-inbreng. Dit beschermt de nabijgelegen isolatie, lamineringen en epoxy-gietmaterialen. Dubbele straal – en met name wobble toepassingen – verbeteren lasspleet en lasconsistentie nog verder, waardoor een uniforme prestatie over duizenden hairpins wordt gegarandeerd.
Interieur en bekleding
Lasers ondersteunen een breed scala aan interieur- en afwerkingsbewerkingen. Ze zijn hier nuttig omdat ze precisie en snelheid combineren en vaak een cosmetisch superieur resultaat opleveren. Veel kunststof, stoffen, composiet en gecoate onderdelen – vooral die welke zichtbaar zijn voor de consument – vereisen zuivere sneden, nauwkeurige perforaties of gatenpatronenof decoratieve elementen.
Mechanische gereedschappen hebben moeite om dergelijke randen te creëren zonder ruwheid of vervorming te veroorzaken. Lasers leveren gladde, herhaalbare randen met minimale thermische impact. Dit verbetert het uiterlijk en vermindert de noodzaak van nabewerking om het uiterlijk te herstellen. Door hun vermogen om complexe contouren te snijden, zijn ze ideaal voor openingen in instrumentenpanelen, sensorvensters, luidsprekerroosters en esthetische perforaties.
Lasermarkering, en met name dag/nachtmarkering, wordt overal in auto-interieurs toegepast. Het is ideaal voor verlichte knoppen, schakelaars en sierstukken die aantrekkelijke, goed leesbare en soms complexe markeringen vereisen. Omdat het geen gereedschap vereist en compatibel is met een breed scala aan materialen, maakt lasermarkering snelle optiewijzigingen en variantwisselingen mogelijk zonder dat er nieuwe gereedschappen nodig zijn.
Traceerbaarheid en Compliance
De gewenste eigenschappen van lasermarkering hebben geleid tot een wijdverbreid gebruik in toepassingen voor traceerbaarheid in de automobielindustrie. De belangrijkste daarvan is het ontbreken van contact of slijtage van gereedschap, waardoor het risico op vervorming van delicate oppervlakken wordt geëlimineerd. En omdat lasers zowel extreem kleine als grote markeringen kunnen genereren, ondersteunen ze alles van microserialisatie tot grote, contrastrijke identificatiecodes.
De mogelijkheid om lasermarkering via software te regelen maakt serialisatie of wijzigingen in de markeringsinhoud mogelijk zonder dat er nieuwe gereedschappen nodig zijn. En aangezien lasers werken op metalen, kunststoffen, coatings en composietmaterialen, kan één enkel platform veel van de materialen markeren die in een voertuig worden gebruikt.
Enkele van de belangrijkste toepassingen voor markering zijn remonderdelen, airbagmodules en structurele bevestigingsmiddelen. Deze vereisen duurzame, permanente identificatiecodes die gedurende de hele levensduur van het voertuig bestand zijn tegen hitte, vloeistoffen en trillingen. Elektronica en behuizingen, waaronder units, sensoren en voedingsmodules, hebben markeringen nodig die de interne onderdelen niet beschadigen en de afdichtingen niet aantasten. En in de hele toeleveringsketen ondersteunen serialisatie en datamatrixcodering het volgen van onderdelen, variantcontrole en compliance industriële en wettelijke vereisten.
OppervCleaningtereiniging
Lasers worden steeds vaker gebruikt voor oppervlaktebehandeling wanneer een nauwkeurige controle van de materiaalverwijderingsdiepte en het behoud van onderliggende structuren belangrijk is. cleaning maakt dit mogelijk door roest, oxiden, lijm en verf te verwijderen zonder mechanisch contact of schurende middelen. Het proces zorgt voor een schoon, uniform oppervlak en voorkomt vervorming, schade aan het substraat of inconsistente resultaten die kunnen optreden bij stralen of slijpen.
Door de lage warmte-inbreng blijven de eigenschappen van het omringende materiaal intact, wat belangrijk is bij het voorbereiden van onderdelen voor lassen of lijmen. Lasers kunnen zelfs oppervlakken voorzien van een gecontroleerd patroon om de hechtkracht te verbeteren of de bevochtigbaarheid te bevorderen. Omdat het proces programmeerbaar is, kunnen fabrikanten deze behandelingen op specifieke plaatsen toepassen zonder maskering of bevestiging.
Poedercoating uitharden
Het gebruik van high-power diodelasersystemen voor het uitharden van poedercoatings begint nu pas voet aan de grond te krijgen. Dit komt omdat laseruitharding verschillende voordelen biedt ten opzichte van traditionele convectie- of IR-lampovens.
Omdat lasers lokale verwarming bieden, bereiken alleen de gecoate gebieden smelt- en vloeitemperaturen. Smalband infrarood laserlicht wordt sterk geabsorbeerd door poederdeeltjes, wat de uithardingsefficiëntie verbetert en de bulkverwarming van het onderliggende onderdeel minimaliseert. De elektrische conversie-efficiëntie van diodelasers is ook aanzienlijk hoger dan die van andere infraroodbronnen, wat betekent dat meer van het ingangsvermogen direct in de uitharding gaat in plaats van verloren te gaan als overtollige warmte.
Al deze eigenschappen samen zorgen ervoor dat laseruitharding aanzienlijk sneller en energiezuiniger is dan andere methoden. Bovendien leent laseruitharding van poedercoatings zich uitstekend voor inline procescontrole, wat zeer consistente resultaten oplevert.
Aan de slag met een laseroplossing
Hoewel laserbewerking duidelijk tal van voordelen biedt, applicatie de beste en meest Kosten Efficiënte voor een specifieke applicatie het gemakkelijkst bereikt door samen te werken met een ervaren leverancier van laseroplossingen.
Ontwikkelt of optimaliseert u een productieproces voor de automobielindustrie? Automobielprojecten beginnen vaak in onze applicatie , waar we helpen bij het ontwikkelen, valideren en optimaliseren van processen voordat deze worden geïmplementeerd en opgeschaald in de productie. Naarmate de eisen in de automobielindustrie toenemen, blijft IPG een toegewijde partner voor betrouwbare laseroplossingen met een hoog rendement.
