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燃料電池生産のスループットを高めるビームシェイパー+スキャンヘッド

March, 25, 2022, Westborough--SCANLAB GmbHは、姉妹会社Blackbird Robotersysteme GmbH とHolo/Or Ltdとともに、バイポーラプレートの溶接、積層造形(金属3Dプリンティング)などのレーザアプリケーション向けに有望な新システムコンセプトを開発している。改良ビームシェイパーを組み込むことで新しいスキャン設定は、水素燃料電池用のバイポーラプレート溶接の生産性をほぼ2倍できることを示した。

燃料電池技術は、長い間ニッチ市場と見なされていた。エネルギー生成の移行期と代替駆動探求により、市場要求は、大きく成長す見込がある。効率的な量産、燃料電池スタック構築のために使用されている金属バイポーラプレート(双極板)の溶接ではスループット向上が必須である。高い溶接スピードは、素早いスキャンシステムとハイパワーレーザを必要としており、両方とも利用可能である。しかし、達成できる最大スピードを決めるのは溶接プロセスそのものである。ハンピング効果やアンダーカットのような溶接シーム不良は、一定のスピード限界を超えると生ずる。

Blackbird Robotersystemeは、SCANLAB の2Dスキャンヘッド、intelliSCANとHOLO/ORの最新開発、Flexishaper、フルレンジ調整可能ビームシェイパーを組み込み、テストを設定した。必要なビーム成形は、溶接プロセスシミュレーションに基づいて決定された。利用したビームシェイパーのレイアウトは、複合的光学設計、DOEとスキャンシステムの両方を統合した結果である。プロセステストは、45 m/分から70 m/分まで溶接スピード限界を失敗なしで変えることを実証した。

DOEsによる加工経験を採用
バイポーラプレートの薄板溶接は、レーザ粉末床溶融(LPBF)プロセスと同様の要件である。両方とも、一般的な加工速度1m/秒以下で、スキャン範囲は、500 x 500 mm²。また金属3Dプリンティングでは、加工速度は、スキャナのスピード、また利用できるレーザパワーによって制限されないが、スループットを制約するのは、主にプロセス自体である。したがって、レーザ溶接結果を助長するのは、LPBFプロセスをさらに最適化する行程の第1段階である。

「われわれの合同企業は、革新的ソリューション研究のために、そのような密接な協力関係を必要とする信頼を創り出す。このようなセットアップでのみ、われわれは率直に今後の市場要求を分析し、光学設計における成果の移行ができる」とSCANLABのCEO、Georg Hofnerはコメントしている。

次のステップは、より大規模な設定でレーザ溶接コンセプトをテストし、様々なアプリケーションを平行して追求することである。fiberSYSは、LPBRとレーザ溶接プロセスの両方の要件を満たしているので、DOEsをこのスキャンシステムに組み込むことは、特にマルチヘッドレーザマシーンに適しており、開発ロードマップに含まれていた。
(詳細は、https://www.scanlab.de)