ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ LASER ΣΤΗΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ

1. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ LASER ΣΤΗΝΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΝΙΚΟΛΟΥΔΗ ΧΡΙΣΤΙΝΑ ΥΠΕΥΘΥΝΗ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ : Μ. ΜΑΚΡΟΠΟΥΛΟΥ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012

2. Βασικά μέρη laser Ενεργό μέσο Μέσο διέγερσης Οπτικό σύστημα

3. Τυπικά χαρακτηριστικάlaser • Μονοχρωματικότητα • Κατευθυντικότητα • Χωρική συμφωνία • Χρονική συμφωνία

4. Laser στην αυτοκινητοβιομηχανία • CO2 • Nd:YAG • Disk Laser • Diode Laser • Fiber Laser

5. CO2LASER • Μήκος κύματος 10,6μm • CO2(10-20%) , N2(10-20%) , He(rest) μίγμα αερίων • Συνεχώς και παλμικά(15kW , MW) • Μέση ισχύς (συνεχή λειτουργία) 45kW max , 500W-10kW normal • Automotive ind.μεγάλη ισχύ : 2,5-7 kW τομές/συγκολλήσεις μικρή ισχύ : χάραξη • απόδοση max 20-25% ,normal 10-20%

6. Nd: YAG LASERNeodymium yttrium-aluminium garnet • Εκπέμπει στα 1,06 μm • Ενεργό μέσο Nd σε κρύσταλλο YAG • Συνεχώς και παλμικά (150W , 4kW) • Automotive ind. 3 – 6 kW

7. Disk Laser • Χαρακτηριστικά • Μήκος κύματος 1,03μm • Yb : YAG (ytterbium) • Μέση Ισχύς 6kW • Μεγάλη αποδοτικότητα 10-15% • Πρόσφατες εξελίξεις • Διαθέσιμα στο εμπόριο : 1-4kW • 150-200μm διάμετρος ακτίνας (μικρές διατομές σε ανοξείδωτο ατσάλι και κράμα αλουμινίου)

8. Fiber laser • Χαρακτηριστικά • Μήκος κύματος 1,07μm • Ενεργό μέσο οπτική ίνα ενισχυμένη με σπάνια στοιχεία (υττέρβιο,έρβιο,νεοδύμιο κ.α.) • Μέγιστη ισχύς 20kW (2001  100W) • Μέγιστη αποδοτικότητα 10-25% • Πρόσφατες εξελίξεις • Στο εμπόριο 10kW και άνω • Προγραμματισμός fiber laser 100kW • Στα 6,9kW είναι ικανό να διεισδύσει σε μεγάλο βάθος με μεγάλη ταχύτητα • Είναι ικανό να αντικαταστήσει CO2 laser υψηλής ποιότηταςστη συγκόλληση από απόσταση και στη σάρωση

9. Εφαρμογές των laser στηναυτοκινητοβιομηχανία • Συγκόλληση • Welding • Soldering • Brazing • Κοπή / Τομή (cutting) • Αποκόλληση (ablation) • Χάραξη (marking)

10. Welding • Συμβατική συγκόλληση • Περιορισμοί ταχύτητας και παραγωγικότητας • Πολλές συγκολλήσεις • Μεγάλη θερμική ισχύς εισόδου • Παραμορφώσεις • Δύσκολη αυτ/ποιηση • Συγκόλληση laser • Διείσδυση 1.9cm με μια φορά • Υψηλές ταχύτητες σάρωσης • Πρόβλεψη ακριβείας (σφάλμα ±0.005cm) • Χαμηλή θερμική ισχύς εισόδου  μικρές παραμορφώσεις • Αυτοματοποίηση

11. Welding Το welding γίνεται με τρεις τρόπους: • Conduction welding • Keyhole weld • Laser Powder Fusion/Deposition welding LPF / LPD

12. Conduction welding • Τήξη χωρίς εξάχνωση • Μεταφορά θερμότητας μέσω θερμικής αγωγιμότητας • Χαρακτηριστικά • Μικρό βάθος • Μικρές γεωμετρικές αναλογίες (πλάτος προς βάθος = 1) • Υψηλή αισθητική • Εφαρμογές Συγκόλληση λεπτών δοκιμίων όπως φύλλα ,καλώδια , λεπτοί σωλήνες κ.α.

13. Keyhole weld • Εξάχνωση  εγκοπή • Σταθεροποίηση εγκοπής λόγω της πίεσης από τους παραγόμενους ατμούς Χαρακτηριστικά Μεγάλο βάθος Μεγάλες αναλογίες (βάθος προς πλάτος 10:1)

14. Laser Powder Fusion • Στρώμα τηγμένου υλικού • Ψεκασμός σκόνης μετάλλου • Χαρακτηριστικά • Συγκολλήσεις 0.03cm • Καμία θερμική παραμόρφωση • Αυτομ/ποιηση • Κατασκευές τμημάτων για μηχανική ενδυνάμωση του αυτ/του

15. Remote welding Αυξημένη παραγωγικότητα

16. Remote welding Αυξημένη ευελιξία Προσαρμοσμένα σχέδια συγκόλλησης επιτρέπουν την βέλτιστη δύναμη των αρθρώσεων και αυξημένη ευελιξία σχεδιασμού , λόγω : • σχεδόν όλα τα σχήματα ραφής συγκόλλησης • σχεδόν κάθε προσανατολισμό των ραφών συγκόλλησης • ορίζει ο χρήστης τη διανομή των ραφών συγκόλλησης • βέλτιστη ροή των δυνάμεων

17. Remote weldingBody-In-White

18. Programmable Focusing Optics(PFO) Απαιτήσεις τελικού προϊόντος • Μείωση αναλογιών • Αύξηση απόδοσης • Μείωση κόστους • Μείωση βάρους

19. Welding : Audi Q5 door • Remote welding PFO • 45 ραφές (25-40mm) σε λιγότερο από 30sec

20. Tailor Welded Blanks • Μείωση βάρους • Λιγότερο υλικό • Λιγότερο βάρος μεταφοράς • Μεγαλύτερη ευστάθεια • Καλύτερες επιδόσεις συντριβής • Μειωμένη ποσότητα εξαρτημάτων Μικρότερο κόστος • Εργαλείων • Σχηματισμού /Μορφοποίησης • Εφοδιασμών /Υλικοτεχνικής υποστήριξης

21. Laser Soldering • Έγχυση μετάλλου πλήρωσης (solder) • Μέταλλο πλήρωσης χαμηλότερη θερμοκρασία τήξης • Δεν τήκονται τα υλικά του δοκιμίου • Laser ισχύος 30-50W • Μήκη κύματος 808-980nm

22. Laser Brazing • Παρόμοια διαδικασία με το soldering • Πρωτοπόροι  Audi(πίσω φτερό TT) και VW(πορτμπαγκάζ Bora) • Σωστή επιλογή υλικού πλήρωσης • Το υλικό βάσης δεν πρέπει να λιώσει • Δέσμη laser 2-3mm διάμετρο • Το καλώδιο 1mm διάμετρο • Απόκλιση 0.3mm της δέσμης  μονομερής υγροποίησηκαι σφάλματα σύνδεσης

23. Laser Brazing

24. Laser Cutting • CO2και Nd:YAG • Nd διάτρηση ,μεγάλη ισχύς ,χαμηλή ταχύτητα • Nd:YAG  διάτρηση και χάραξη ,πολύ μεγάλη ισχύς • CO2 αλουμίνιο ,ανοξείδωτο ατσάλι ,τιτάνιο

25. Laser Ablation • Συνήθως παλμικά laser • Βελτίωση ασφαλείας κατά τη συντριβή και μείωση βάρους μεταφοράς • Tailored blanks ατσαλιού μαγγανίου-βορίουυψηλής αντοχής • Απομάκρυνση επίστρωσης αλουμινίου-πυριτίου • Καλύτερες δυνατές οικονομικές οριακές συνθήκες

26. Laser Marking • Πάνω από 10000 μέρη αυτ/του • Το κάθε υλικό φέρει διαφορετική σήμανση • Διασφάλιση ποιότητας • Απαιτήσεις ανίχνευσης • Οι σημάνσεις πρέπει να ξεπερνούν τη διάρκεια ζωής του αυτ/του • Αντοχή σε ακραίες συνθήκες • Laser Markers • Σημάνσεις διαρκείας • Σήμανση/Χάραξη μικρών τμημάτων με υψηλή απόδοση • Πλήρη ενσωμάτωση στις γραμμές παράγωγης • Διαδικασία ευέλικτη ,ελεγχόμενη μέσω λογισμικού εξατομικευμένα περιεχόμενα σήμανσης

27. Βιβλιογραφία • Larsson ,J. ,(2007) ,Laser welding, structural adhesive bonding, for body-in-white assembly ,(http://www.thefabricator.com/article/laserwelding/laser-welding-structural-adhesive-bonding-for-body-in-white-assembly) • Khan ,M.A. ,(2010) , Laser welding : a joining process used for fuel injector • http://laserdeposition.net • Hoffman et al. , Proceedings of the Second International WLT ,at Conference on Lasers in Manufacturing 2003,Munich, June 2003 • http://www.trumpf-machines.com • http://www.rofin.com • http://www.seas.virginia.edu/research/lam/pdfs/speaker%20presentations/Havrilla-UofV_Laser%20Based%20Manufacturing%20in%20the%20Automotive%20Industry.pdf • http://www.laserline-inc.com

28. ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ΠΟΛΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΧΗ ΣΑΣ