Misia „Hlboký pohľad“

Výzvy

Jednou z vecí, ktorú si chce tím inštitútu ILT a firmy TRUMPF vziať pri vysoko brilantnom röntgenovým svetlom pod drobnohľad, je zváranie kovokeramických substrátov (MKS). Tieto substráty MKS spájajú elektronické komponenty vo vysokonapäťovom prostredí, ako napríklad vo výkonovej elektronike elektromobilov. Na izolačnej keramickej platničke je nanesená tenulinká vrstva medi. Výrobcovia automobilov chcú pre vytvorenie kontaktu privariť na MKS zeleným laserom ďalší medený komponent. Ide teda o spojenie medi na meď. Otázka teraz znie: Ako vytvoriť proces zvárania, aby sa dosiahol čo najlepší výsledok? Medené platničky majú byť také tenké ako je to len možné, proces by mal byť čo najrýchlejší, šev musí stopercentne držať a keramika nesmie byť ovplyvnená laserom. V skratke: Ako nájsť perfektné nastavenia lasera pre najproduktívnejší proces?

Riešenia

Fraunhoferov inštitút ILT a firma TRUMPF sa spoločne uzniesli na nezvyčajne komplexnom vyjasnení problému: Chcú vidieť ostré röntgenové videá prebiehajúceho laserového procesu a pomocou všetkých analytických nástrojov a na vlastné oči sa presvedčiť, aký účinok majú najmenšie zmeny laserových parametrov na hĺbku prevarenia, tvorbu pórov a prskancov. V Nemecku to je možné len na elektrónovom synchrotróne DESY, na ktorom sa bežne vykonávajú základné prírodovedecké výskumy. Ako jeden z prvých priemyselných projektov získal inštitút ILT a firma TRUMPF miesto v jednom z tamojších laboratórií, kde sú takého röntgenové videá možné.

Realizácia

Tri dni práce v laboratóriu na DESY sú rezervované – príprava na ne trvala celé dva roky: Tím vyvíja testovaciu metódu a definuje presné vedecké otázky. Veľmi dôležité pritom je, vopred zostaviť presný plán, ako neskôr presadiť zistenia v konkrétnych priemyselných aplikáciách. V decembri 2022 nastal ten čas: Obidva tímy zbalili laserovú techniku, optiky a ďalšiu techniku a stretli sa pri urýchľovači DESY. V tamojšom laboratóriu na linke Beamline P07 zmontovali tímy diskový laser TruDisk 2021 pre zelené laserové svetlo a zostavenie testu: Röntgenové svetlo dopadá zboku na testovanú vzorku a zaznamenáva snímky vnútri materiálu, laser zvára smerom zhora, robot mení testované vzorky, aby to všetko prebiehalo rýchlejšie. Teraz už len využiť čo najlepšie tieto tri dni. Pripravené testy prebiehajú nepretržite v smenách. Kola a zemiakové lupienky pomáhajú vedcom udržať si koncentráciu. Len na MKS prebieha viac ako sto experimentálnych procesov.

Vyhliadka

Dáta o presnosti prevarenia, rýchlostiach zvárania a tak ďalej vznikajú na úrovni terawattov. Vedci z inštitútu ILT a firmy TRUMPF už začínajú na DESY analyzovať prvé dojmy. No hlavnou prácou vyhodnocovania sa samozrejme začína až v týždňoch po experimentoch na DESY. V Aachene v ILT a v Ditzingene v TRUMPF-e sa zaoberajú tabuľkami, videami a nasnímanými údajmi. Vďaka presnému plánovaniu bolo veľmi rýchlo jasné, ako bude v blízkej budúcnosti v každom ohľade vyzerať optimalizované zváranie laserom v oblasti elektromobilov, napr. od MKS pri výkonovej elektronike. Výrobcovia automobilov už čakajú.