Lazerler artık otomotiv üretiminin neredeyse her alanında kullanılıyor. Tier-3 bileşen ve malzeme tedarikçilerinden dünyanın en büyük OEM'lerine kadar tedarik zincirinin tüm aşamalarında kullanılıyorlar.
Ve lazerler artık kaynak yapmaktan çok daha fazlasını yapıyor. Yapısal montajın ötesinde, pil üretimi, güç elektroniği üretimi, yüzey hazırlığı, izlenebilirlik ve on yıl önce var olmayan çeşitli uygulamaları destekliyorlar.
Bu makale, lazerlerin modern otomotiv üretiminde hangi alanlarda kullanıldığına genel bir bakış sunmaktadır. Ayrıca, lazer işlemenin benzersiz özelliklerini – endüstrinin daha yüksek hassasiyet, daha fazla otomasyon ve e-mobilitenin hızlı büyümesi yönünde ilerlerken lazerlerin öncü rolünü sürdürecek faktörleri vurgulamaktadır.
Lazerlerin Özel Olduğu Nedir?
Günümüzde birçok sektör aynı temel baskılarla karşı karşıyadır. Daha yüksek hassasiyet, daha iyi kalite, daha küçük form faktörleri ve daha düşük enerji tüketimi ile ürünler sunmak zorundadırlar. Üretim düzeyinde ise, daha yüksek verim talepleri, daha katı sürdürülebilirlik gereklilikleri ve durmak bilmeyen maliyet düşürme baskısı ile karşı karşıyadırlar.
Lazerler, alternatif mekanik, termal ve kimyasal işlemlerden daha tutarlı bir şekilde tüm bu hedefleri destekledikleri için yaygın olarak kullanılan üretim araçları haline gelmiştir. Bunun nedeni şudur:
Lazerler temassızdır: Alet aşınması veya uygulanan kuvvet olmadan, lazer işlemleri zaman içinde tutarlı kalır.
Lazerler uzamsal olarak oldukça seçicidir: Bir lazer ışını mikronlara kadar odaklanabilir veya birkaç metrekarelik bir alanı kaplayacak şekilde genişletilebilir, böylece sistemler ve operatörler enerjiyi sadece gerekli olan yere yönlendirebilirler.
Lazerler tutarlı ve parlaktır: Yüksek güç yoğunluğu, derin penetrasyonlu kaynak, hızlı kesim, temiz kesik ve minimum ısıdan etkilenen bölgeler sağlar.
Lazerler verimlidir: Lazerler elektriği yüksek verimlilikle optik güce dönüştürür ve ardından bu enerjiyi çok az israfla malzemelere aktarır, böylece ısı girişi ve son işlem gereksinimini azaltır.
Lazerler kolayca otomatikleştirilebilir: Neredeyse tüm lazer çıkış parametreleri uzaktan gerçek zamanlı olarak ayarlanabilir. Bu, karmaşık işlem tariflerini ve hızlı geçişleri destekler.
Lazerler birçok malzemeyle çalışır: Aynı lazer platformu genellikle çelik, alüminyum, bakır, nikel alaşımları, kaplamalı çelikler, plastikler, kompozitler ve seramikleri işleyebilir.
Lazerler, gelişmiş izleme ve kapalı döngü kontrolünü destekler: Proses geri bildirimi – basit güç okumalarından sıralı kaynak derinliği ölçümlerine kadar – otomatik lazer kontrolünü mümkün kılarak, birimden birime üstün tutarlılık elde edilmesine yardımcı olur.
Şimdi, lazerlerin otomotiv üretiminde en büyük etkiye sahip olduğu alanları hızlıca gözden geçirelim.
Gövde
Beyaz gövde, lazerlerin 1970'lerde otomotiv üretimine ilk kez girdiği yerdir ve o zamandan beri rolleri giderek genişlemiştir. Günümüzde lazerler, yüksek hızlı kaynak, kesme ve özel kesim üretiminde rutin olarak kullanılmaktadır.
Lazer kaynağı, karakteristik olarak minimum ısı girişi ile dar ve derin dikişler oluşturması nedeniyle avantajlıdır. Bu, büyük montajlarda bozulmayı azaltır, uyumu iyileştirir ve sıkı boyut toleranslarını korur.
Düşük ısı girişi, yüksek mukavemetli ve ultra yüksek mukavemetli çelikler dahil olmak üzere günümüzün gelişmiş malzemeleriyle çalışırken özellikle değerlidir. Bu malzemeler, geleneksel kaynak yöntemlerinde eğrilebilir, çatlayabilir veya benzersiz mekanik özelliklerini kaybedebilir. Düşük ısı girişi, farklı ısıl genleşme ve erime özellikleri nedeniyle geleneksel kaynakla çarpılmaya veya çatlamaya eğilimli olan karışık malzemeleri birleştirirken de yardımcı olur.
Lazerler ayrıca, anında kaynak ve robota monte edilmiş tarama kafaları sayesinde sürekli ve kesintisiz hareketi destekler. Bu sayede üreticiler, dur-kalk gecikmelerini ortadan kaldırarak verimi artırabilirler.
Lazer işlemleri temiz, tutarlı ve tekrarlanabilir olduğundan, yeniden işleme ve sonraki aşamadaki denetim yüklerini azaltır. Kaynak derinliği ve dikiş konumu için sıralı izleme ile birleştirildiğinde, lazerler OEM'lere modern otomatik karoseri atölyelerine kolayca entegre edilebilen yüksek kaliteli bir birleştirme yöntemi sunar.
Güç Aktarma Sistemi ve Şasi Bileşenleri
Lazerler, hassasiyet ve tekrarlanabilirliğin araç performansı, dayanıklılık ve güvenliği doğrudan etkilediği güç aktarma sistemi ve şasi bileşenlerinin üretiminde de giderek daha önemli bir rol oynamaktadır. Bu parçaların çoğu – şanzıman muhafazaları, tahrik ünitesi kasaları, soğutma plakaları, montaj braketleri ve süspansiyon bileşenleri – karmaşık geometrilere ve değişen malzeme kalınlıklarına sahiptir.
Tüm bu kaynak uygulamaları, lazerlerin sağladığı sıkı termal kontrolün avantajlarından yararlanır. Isı girdisi üzerinde hassas kontrol, minimum bozulma ile güçlü ve tutarlı birleşimler oluşturmaya yardımcı olur ve üreticilerin sürekli yük altında çalışan parçalarda hizalama ve mekanik bütünlüğü korumalarına yardımcı olur.
Son zamanlarda geliştirilen çift ışınlı fiber lazer konfigürasyonları, döküm ve işlenmiş bileşenlerin sıçrama yapmadan kaynaklanmasını sağlayarak bu avantajları daha da ileriye taşıyor. Bu uygulama alanı, bir zamanlar CO₂ lazerlerin hakimiyetindeydi. Çift ışınlı lazerler, özellikle yağlayıcılar, yataklar veya kirlenmemesi gereken hassas yüzeyler içeren montajlar için çok önemli olan temiz ve istikrarlı bir işlem sunuyor.
E-mobilite Pil Üretimi
Lazer kullanımının hiçbir yerde ve kritik bir rol oynamıştır. Pil hücreleri, modülleri ve paketleri, bakır, alüminyum ve nikel bileşenlerinin hassas ve tekrarlanabilir bir şekilde birleştirilmesini gerektirir. Tüm bu malzemelerin geleneksel yöntemlerle kaynaklanması oldukça zordur.
Lazerler, mekanik olarak güçlü, düşük dirençli elektrik bağlantıları oluşturmak için gereken sıkı termal kontrolü sağlar. Ve bunu, yakındaki ayırıcı filmleri, yapıştırıcıları veya yalıtım katmanlarını zarar vermeden yaparlar. Yüksek hızlı tab-busbar kaynağı, folyo kaynağı ve minimum çapak veya kalıntı ile akım toplayıcıların hassas kesimini mümkün kılarlar.
Çift ışınlı ve salınımlı ışınlı fiber lazer konfigürasyonları burada yine çok önemlidir. Bunların kullanımı sıçramayı azaltır ve gözenekliliği en aza indirir. Bu, paket başına binlerce bağlantıda tutarlı bağlantı kalitesi sağlar.
Sıralı optik izleme alanındaki yenilikler, kaynak derinliği, dikiş konumu ve tutarlılığı gerçek zamanlı olarak doğrulayarak süreç kalitesini daha da artırır. Tüm bunlar, EV üreticilerine modern e-mobilitenin merkezinde yer alan hücreleri, modülleri ve paket yapılarını oluşturmak için ölçeklenebilir, yüksek verimli bir süreç sunar.
Elektrik Motorları
Lazer işleme, EV çekiş motorlarının, özellikle saç tokası sargı tasarımları etrafında inşa edilenlerin üretiminde değerlidir. Bakır iletkenleri, elektrik direncini en aza indirmek ve son monte edilmiş sargıda sıkı mekanik toleransları karşılamak için hassas bir şekilde soyulmalı, şekillendirilmeli ve kaynaklanmalıdır.
Lazerler genellikle ilk olarak emaye yalıtımını temiz ve hassas bir şekilde kaldırmak için kullanılır. Mekanik temas, deformasyon veya termal hasar olmadan altta yatan bakırı ortaya çıkarabilirler. Bu sonuçlar, aşındırıcı veya kimyasal sıyırma yöntemleriyle elde edilmesi zordur.
Son elektrik bağlantılarını oluşturmak için lazer kaynağı, minimum ısı girişi ile güçlü, düşük sıçrama bağlantıları oluşturur. Bu, yakındaki yalıtım, laminasyon ve epoksi kaplama malzemelerini korur. Çift ışın – ve özellikle wobble beam uygulamaları – boşluk doldurma ve kaynak tutarlılığını daha da artırarak binlerce saç tokasında eşit performans sağlar.
İç Mekan ve Döşeme
Lazerler, çok çeşitli iç mekan ve kaplama işlemlerini destekler. Hassasiyet ve hızı bir araya getirdikleri ve genellikle kozmetik açıdan üstün sonuçlar verdikleri için bu alanda kullanışlıdırlar. Birçok plastik, kumaş, kompozit ve kaplamalı bileşen, özellikle tüketicinin görebileceği bileşenler, temiz kesimler, sıkı delikler veya delik desenleriveya dekoratif özellikler gerektirir.
Mekanik aletler, pürüz veya deformasyon oluşturmadan bu tür kenarlar oluşturmakta zorlanır. Lazerler, minimum termal etkiyle pürüzsüz, tekrarlanabilir kenarlar sağlar. Bu, kozmetik görünümü iyileştirir ve görünümü geri kazanmak için sonraki aşamalarda işleme ihtiyacını azaltır. Karmaşık konturları kesme yetenekleri, onları gösterge paneli açıklıkları, sensör pencereleri, hoparlör ızgaraları ve estetik delikler için ideal hale getirir.
Lazer markalama, özellikle gündüz/gece markalama, otomotiv iç mekanlarında yaygın olarak kullanılır. Arka aydınlatmalı düğmeler, anahtarlar ve çekici, okunaklı ve bazen karmaşık markalamalar gerektiren trim parçaları için idealdir. Alet gerektirmeyen ve çok çeşitli malzemelerle uyumlu olan lazer markalama, yeniden alet takmaya gerek kalmadan hızlı seçenek değişiklikleri ve varyant geçişlerini kolaylaştırır.
İzlenebilirlik ve Uygunluk İşareti
Lazer markalamanın arzu edilen özellikleri, otomotiv izlenebilirlik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmasına neden olmuştur. Bunların başında, hassas yüzeylerin bozulma riskini ortadan kaldıran temas veya alet aşınmasının olmaması gelir. Ayrıca, lazerler çok küçük veya çok büyük işaretler oluşturabildikleri için, mikro serileştirmeden büyük, yüksek kontrastlı tanımlayıcılara kadar her şeyi desteklerler.
Yazılım aracılığıyla lazer markalamayı kontrol etme özelliği, yeniden donanım gerektirmeden seri hale getirme veya markalama içeriğinde anında değişiklik yapma imkanı sunar. Lazerler metal, plastik, kaplama ve kompozit malzemeler üzerinde çalıştığı için, tek bir platform bir araçta kullanılan birçok malzemeyi markalayabilir.
Önemli markalama uygulamaları arasında fren bileşenleri, hava yastığı modülleri ve yapısal bağlantı elemanları bulunur. Bunlar, aracın ömrü boyunca ısıya, sıvılara ve titreşime dayanabilecek dayanıklı, kalıcı tanımlayıcılara ihtiyaç duyar. Kontrol üniteleri, sensörler ve güç modülleri dahil olmak üzere elektronik cihazlar ve muhafazalar, iç bileşenlere zarar vermeyen veya contaları bozmayan markalamalara ihtiyaç duyar. Tedarik zinciri genelinde, serileştirme ve veri matrisi kodlaması, parça takibi, varyant kontrolü ve endüstri ve yasal gerekliliklere uyumu destekler.
Yüzey Temizliği
Malzeme kaldırma derinliğinin sıkı kontrolü ve altta yatan yapıların korunmasının önemli olduğu durumlarda, yüzey hazırlığı için lazerler giderek daha fazla kullanılmaktadır. Lazer temizleme, mekanik temas veya aşındırıcı maddeler kullanmadan pas, oksit, yapıştırıcı ve boyayı temizleyerek bunu sağlar. Bu işlem, püskürtme veya taşlama ile ortaya çıkabilecek bozulma, alt tabaka hasarı veya tutarsız sonuçları önlerken, temiz ve düzgün bir yüzey ortaya çıkarır.
Düşük ısı girişi, çevreleyen malzeme özelliklerini bozulmadan korur. Bu, parçaları kaynak veya yapıştırma için hazırlarken önemlidir. Lazerler, yapışma gücünü artırmak veya ıslanabilirliği desteklemek için yüzeyleri kontrollü desenlerle dokulandırabilir. İşlem programlanabilir olduğundan, üreticiler maskeleme veya sabitleme yapmadan bu işlemleri belirli bölgelere uygulayabilir.
Toz Boya Kürleme
Toz boya kürleme için yüksek güçlü diyot lazer sistemlerinin kullanımı yeni yeni yaygınlaşmaya başlamıştır. Bunun nedeni, lazer kürlemenin geleneksel konveksiyon veya IR lamba fırınlarına göre birçok avantaj sunmasıdır.
Lazerler lokal ısıtma sağladığından, yalnızca kaplanmış alanlar erime ve akış sıcaklıklarına ulaşır. Dar bantlı kızılötesi lazer ışığı, toz parçacıkları tarafından güçlü bir şekilde emilir, bu da kürleme verimliliğini artırır ve altta yatan parçanın toplu olarak ısınmasını en aza indirir. Diyot lazerlerin elektrik dönüşüm verimliliği de diğer kızılötesi kaynaklara göre önemli ölçüde daha yüksektir, bu da giriş gücünün daha fazlasının aşırı ısı olarak kaybolmak yerine doğrudan kürlemeye gittiği anlamına gelir.
Bu özellikler bir araya geldiğinde, lazerle kürleme diğer yöntemlere göre çok daha hızlı ve enerji açısından daha verimli hale gelir. Ayrıca, lazerle toz boya kürleme, son derece tutarlı sonuçlar elde etmek için sıralı proses kontrolüne uygundur.
Lazer Çözümüyle Başlarken
Lazer işleme açıkça sayısız avantaj sunarken, belirli bir uygulama için en iyi ve en uygun maliyetli sonuçlar, deneyimli bir lazer çözümleri sağlayıcısıyla işbirliği yaparak en kolay şekilde elde edilebilir.
Otomotiv üretim sürecini mi geliştiriyor veya optimize ediyor musunuz? Otomotiv projeleri genellikle Uygulama Laboratuvarlarımızda başlar. Burada, süreçleri geliştirmeye, doğrulamaya ve optimize etmeye yardımcı olduktan sonra, bunları üretime geçirip ölçeklendiriyoruz. Otomotiv gereksinimleri genişledikçe, IPG güvenilir, yüksek verimli lazer çözümleri için kararlı bir ortak olmaya devam ediyor.
