Foto de la Top-Lamp instalada en febrero de 2023. Crédito: Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales (KIMM)
Las celdas de combustible utilizadas en barcos y aviones se están volviendo más livianas para mejorar la eficiencia, lo que lleva a una reducción en el grosor de la placa bipolar. Ahora, un innovador proyecto colaborativo internacional de I+D ha desarrollado una tecnología de procesamiento láser de lámina delgada bipolar que puede ayudar a mejorar la eficiencia y la calidad de la producción de celdas de combustible.
Gracias a la investigación conjunta internacional entre Corea y Alemania, un equipo formado por el Instituto de Maquinaria y Materiales de Corea (Presidente Sang-jin Park, KIMM), un instituto dependiente del Ministerio de Ciencia y TIC, K-Lab, una pequeña y La mediana empresa y las empresas alemanas Fraunhofer Gesellschaft y BBW Lasertechnik ha desarrollado un nuevo dispositivo para composite 2D sobre la marcha mediante el uso de un escáner que permite soldar y cortar por láser materiales para placas bipolares para pilas de combustible con un espesor de 0,075 mm.
El investigador principal Su-jin Lee del Departamento de Tecnología Láser Industrial de KIMM y su equipo centraron su atención en los requisitos de los fabricantes de celdas de combustible que requieren soldar placas delgadas de gran tamaño de varias formas, así como un corte de alta calidad al mismo tiempo. El trabajo fue publicado en la revista Rieles.
El equipo de investigación conjunto utilizó tecnología convencional en la que la mesa y el escáner se mueven simultáneamente, y logró desarrollar una máquina de procesamiento de material compuesto Top-Lamp capaz de soldar y cortar grandes áreas (400 mm x 400 mm o más) en varias formas mediante corte de acoplamiento cruzado. la boquilla de salida de gas a la escena.
Diagrama de un sistema de monitoreo híbrido compuesto equipado con tecnologías de soldadura y corte. Fuente: Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales (KIMM)
Además, el equipo desarrolló y utilizó una función para mantener la precisión del mecanizado mediante la corrección automática del área de trabajo mediante el mismo eje del escáner y el sistema de visión de ángulo externo en tiempo real.
Con esta función, se utilizó tecnología para corregir la posición del centro del diámetro de la garganta de la boquilla y la irradiación del rayo láser a una distancia de hasta 3 mm del diámetro de la boquilla durante el proceso. El equipo compuesto híbrido desarrollado anteriormente, que puede realizar simultáneamente soldadura de alta velocidad y corte de boquillas, ha sido instalado y operado por la institución asociada alemana BBW Lasertechnik GmbH.
Con la tecnología 2D convencional sobre la marcha, el control preciso de la forma del material era difícil debido al cambio de velocidad causado por la aceleración o desaceleración al girar (en las curvas) durante el procesamiento del material.
Además, dado que también era difícil realizar ajustes en el proceso de mecanizado, era necesario mejorar su calidad. Mientras tanto, no es fácil conectar boquillas de gas de corte a escáneres convencionales de alta velocidad. Era necesario utilizar equipos de corte y soldadura independientes, lo que aumentaba el tiempo y los costes de procesamiento.
La tecnología recientemente desarrollada ayuda a mejorar la calidad del mecanizado al reducir los errores de acoplamiento cruzado a través de una corrección de posición más precisa por parte del sistema de visión del escáner. Además, la boquilla de gas de corte puede acoplarse por separado al escáner u otra mesa, lo que mejora la calidad del corte.
Además, el sistema de visión corrige la posición central de la irradiación del rayo láser en la garganta de la boquilla. Esto permite la soldadura de alta velocidad y el corte parcial al mismo tiempo, lo que ayuda a reducir los costos y el tiempo de mecanizado.
Una imagen que muestra cómo funciona el procesamiento láser y la calidad de la sección cortada. Fuente: Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales (KIMM)
El investigador principal Su-jin Lee de KIMM dice: “El equipo de investigación alemán también espera que la última tecnología, desarrollada en una investigación internacional conjunta, tenga aplicaciones en varios sectores. La tecnología recientemente desarrollada es importante porque puede responder a la demanda del mercado de celdas de combustible para mejorar la calidad del mecanizado a medida que el grosor de las placas bipolares de celdas de combustible se vuelve más delgado”.
Estos estudios se realizaron con el apoyo del proyecto “Desarrollo de Tecnologías Avanzadas de Procesamiento Láser para Pilas de Combustible”, un proyecto internacional de desarrollo conjunto del Ministerio de Comercio, Industria y Energía. En mayo de 2022, KIMM firmó un Memorando de Entendimiento con Fraunhofer Gesellschaft de Alemania, una de las instituciones que participan en la investigación, para expandir la colaboración internacional y la creación de redes sostenibles y la colaboración entre científicos en campos importantes.
Más información:
Danbi Song et al., Influencia de la forma del haz en las microestructuras y propiedades mecánicas durante la soldadura de láminas delgadas con láser, Rieles (2023). DOI: 10.3390/met13050916
Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología