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)