Missione "Analisi profonda"

Sfide

Uno degli aspetti che il team composto da ILT e TRUMPF vuole esaminare più da vicino sotto la luce altamente brillante dei raggi X è la saldatura di substrati in metallo-ceramica (MKS). Questi MKS collegano componenti elettrici in un ambiente ad alta tensione, come l'elettronica di potenza di un'auto elettrica. Uno strato estremamente sottile in rame viene applicato su una lastra isolante in ceramica. I costruttori di auto intendono utilizzare il laser verde per saldare un altro componente in rame su MKS. Si tratta quindi di un collegamento in rame su rame. La domanda ora è: come è possibile ottimizzare il tutto nel processo di saldatura? Le lastre in rame devono essere sottili il più possibile, il processo deve essere velocissimo, la saldatura deve tenere al cento per cento e la ceramica non deve essere intaccata dal laser. O in breve: come trovare l'impostazione perfetta del laser per il processo più produttivo?

Soluzioni

L'Istituto Fraunhofer ILT e TRUMPF decidono di chiarire insieme il problema in modo insolitamente articolato: vogliono guardare i video a raggi X molto nitidi del processo laser in corso e, con tutti gli strumenti di analisi e i propri occhi, constatare quali effetti hanno le più piccole modifiche dei parametri laser sulla profondità di saldatura, sulla formazione dei pori e degli spruzzi. In Germania, questo è possibile solo presso l'elettrosincrotrone DESY, dove di norma viene svolta la ricerca scientifica di base. Trattandosi di uno dei primi progetti industriali, ILT e TRUMPF ottengono un posto in uno dei laboratori in cui è possibile effettuare tali video a raggi X.

Realizzazione

Sono pianificati tre giorni di lavoro in laboratorio presso DESY – le attività preliminari hanno richiesto due anni interi: il team sviluppa una metodologia di prova e definisce precise domande scientifiche. È molto importante per loro stabilire in anticipo un piano preciso su come le scoperte verranno poi implementate in applicazioni industriali concrete. A dicembre 2022 è giunta l'ora: entrambi i team imballano tecnologia laser, sistemi ottici e altri impianti tecnici e si ritrovano presso il DESY. In quel laboratorio lungo la linea di fascio P07, i team costruiscono il laser a disco TruDisk 2021 per la luce laser verde e la disposizione sperimentale: la luce a raggi X cade sul campione dal lato e riprende le sequenze di immagini all'interno, un laser salda dall'alto, un robot cambia i campioni per rendere la procedura più veloce. È arrivato il momento di fare buon uso di questi tre giorni. I test preparati vengono eseguiti 24 ore su 24 in un sistema a turni. La cola e le patatine aiutano gli scienziati a rimanere concentrati. I substrati MKS da soli vengono sottoposti a oltre un centinaio di prove sperimentali.

Prospettive

I dati su precisione di saldatura, velocità di saldatura e così via vengono generati a livello di terawatt. Già presso il DESY, gli scienziati di ILT e TRUMPF iniziano ad analizzare le prime informazioni. Ma l'attività principale di valutazione sarà avviata solo nelle settimane dopo gli esperimenti presso il DESY. Ad Aquisgrana presso ILT e a Ditzingen presso TRUMPF, tutti lavorano alacremente su tabelle, video e dati dei sensori. Grazie alla precisa pianificazione è presto chiaro come sarà nel prossimo futuro la saldatura laser ottimizzata sotto ogni punto di vista, ad esempio di MKS nell'elettronica di potenza per la mobilità elettrica. Le case automobilistiche sono già in attesa.