A indústria automóvel é uma das maiores áreas de aplicação para o processamento de materiais a laser.O sector automóvel representou cerca de 7% do PIB da UE em 2019.
No momento, as restrições da cadeia de suprimentos causadas pela epidemia da Nova Coroa ainda não foram totalmente eliminadas e a fabricação automotiva ainda não voltou aos níveis pré-epidemia.O crescimento do sector automóvel europeu tem uma tendência ascendenteNos primeiros nove meses de 2022, quase 8 milhões de automóveis de passageiros foram produzidos na UE - um aumento de 5,8% em comparação com o mesmo período de 2021.
Os lasers desempenham há muito tempo um papel importante na otimização da fabricação de veículos.Na maioria dos veículos, quase todas as áreas, sejam elas interiores ou exteriores, contêm componentes tratados com laser.O processamento a laser oferece excelente versatilidade e repetibilidade, e uma única máquina a laser é capaz de processar uma ampla gama de componentes automotivos com grande precisão e rapidez.
O equipamento a laser é uma ferramenta altamente automatizada, de baixo custo e de baixa manutenção para corte, soldagem, brasagem, marcação, preparação de superfícies, perfuração,Aplicações de impressão 3D e revestimento em linhas de produção automotivaOs lasers podem ser utilizados para processar uma variedade de peças complexas de automóveis 2D/3D que podem ser feitas de materiais como metal, plástico, vidro, borracha e têxteis.
Fabricação de carroçarias em branco
Uma das principais fases da produção automóvel em que os lasers são aplicados (particularmente no corte,Soldadura e solda) é conhecida como fabricação de carroçaria em branco (BIW) - esta é a fase em que os componentes da estrutura de aço que compõem a estrutura básica de um veículo rodoviário são cortados e unidos.
Os componentes do corpo, da porta e do quadro são geralmente fabricados a partir de diferentes graus de aço endurecido sob pressão, tais como aço inoxidável, aço leve, aço de alta resistência, aço de baixa resistência ou aço galvanizado.O alumínio também pode ser utilizado para alguns componentes e pode ajudar a melhorar a economia de combustível dos veículos devido ao seu peso mais leveEstatisticamente, a maioria dos painéis de carroçaria de aço tem cerca de 0,6-0,8 mm de espessura, enquanto os painéis de carroçaria de alumínio são tipicamente de 0,8-1,8 mm de espessura.
A soldagem a laser tem sido utilizada na fabricação de carroçaria em branco há décadas, e em 1991 a Volvo tornou-se a primeira montadora europeia a introduzi-la na linha de produção principal de uma oficina de carroçaria.A BMW adotou a tecnologia aproximadamente ao mesmo tempo, usando-o para unir componentes do telhado em suas linhas de sub-montagem.
A solda a laser também pode ser usada para componentes de carroceria em branco, a diferença é que a soldagem derrete principalmente o material base das duas partes conectadas,Considerando que a brasagem envolve a fusão do metal de enchimento enquanto ele flui entre as partes conectadas para formar uma ligaçãoA brasagem a laser é tipicamente usada onde portas e telhados se unem para formar uma ligação perfeita e de alta resistência que pode ser facilmente revestida.
Devido aos baixos custos operacionais, a maioria das tarefas de soldagem / soldadura a laser na fabricação de carroçaria em branco pode ser realizada com lasers de fibra.Eles podem ser usados para criar soldas de alta qualidade entre materiais similares e diferentes, por exemplo, na soldadura de aço para alumínio, evitando defeitos como rachaduras a frio, porosidade e salpicos.Os lasers de fibra podem ser facilmente integrados na robótica nas linhas de produção automotiva, uma vez que os seus feixes podem ser transmitidos para a cabeça de processamento ao longo do braço robótico através de uma fibra flexível.
O corte, aparamento e perfuração a laser também sempre fizeram parte da fabricação de carroçaria em branco.Além disso,, colunas, estruturas, furos de antena, buchas e furos para fixação de componentes externos são todas partes comuns que podem ser cortadas ou perfuradas com um laser.Os lasers de fibra são muitas vezes a ferramenta de escolha para esta aplicação também.
Componentes e interiores de automóveis
Na fabricação automotiva, os lasers também são usados na produção de vários sub-conjuntos e componentes internos.válvulas de motor, pinças de travões, jantes de pneus, molduras de assentos, alternadores, injetores de combustível, filtros, enganches, escapamentos, silenciadores, tubos de bourdon, arrancadores de airbags, enrolamentos de bobinas de motor,e uma variedade de peças adicionais do motor.
A maioria destes componentes é feita de algum tipo de aço ou alumínio, mas a maioria é feita de aço ou alumínio.O titânio é por vezes preferido no mercado dos automóveis desportivos e de luxo devido à sua baixa densidade.Os lasers de fibra podem também ser utilizados para processar peças fabricadas a partir de poliéter-éter-cetona reforçado com fibra de carbono (CFR-PEEK),que é comumente utilizado no fabrico de sistemas de travagem, sistemas de gestão do motor e do clima, embreagens, sensores e equipamento de marcha.
Quando se trata de cortar tecidos para interiores de automóveis, lasers de fibra são inferiores aos seus mais tradicionaisCO2Isto ocorre porque o comprimento de onda maior (cerca de 10 microns) deCO2Os materiais não metálicos, tais como têxteis, plásticos, couro e acrílicos, absorvem melhor os lasers.
Por exemplo, eles são usados para cortar o excesso de material de painéis de instrumentos e pilares interiores cobertos de tecido.Outras aplicações a laser baseadas em têxteis incluem o corte de cintos de segurança e tecidos de airbags, bem como o corte e texturagem de couro real e sintético para assentos e estofados, e o corte de tapetes e almofadas.
No caso dos airbags, o material utilizado para fazê-los é geralmente revestido com uma camada de silicone que ajuda a manter-se oco quando inflado,e este material pode ser cortado com um laser antes de ser cosido juntosComo o corte a laser é um processo sem contacto, é conseguido um manuseamento mínimo do tecido, reduzindo a probabilidade de danos ao revestimento,que possam afectar negativamente o desempenho do airbag.
Os lasers de CO2 também são usados na fabricação automotiva para cortar e aparar peças de plástico, como interiores e painéis de instrumentos, pilares, pára-choques, placas de matrícula, acabamento e caixa eletrônica / luz.Estas peças são feitas de plásticos como ABSPor exemplo, os acessórios de iluminação de policarbonato e as lentes de faróis de plástico podem ser revestidos com umaCO2laser para remover qualquer resíduo plástico do moldagem por injecção.
Além disso, a marcação de pneus com códigos de matriz de dados e a criação de rastreabilidade é uma aplicação relativamente nova dos lasers de CO2.Os lasers também estão começando a ser usados em protótipos de pneus para perfilar a banda de rodagem e a parede lateral do pneuEsta técnica poderia substituir a necessidade de gravar os pneus à mão com uma faca quente, um processo demorado e dispendioso com limitações técnicas.
Fabricação de baterias e motores para veículos eléctricos
Uma das tendências mais importantes da indústria automóvel nos últimos anos tem sido a transição para a eletrificação.
De acordo com o EV Volumes, um total de 10,5 milhões de novos veículos elétricos a bateria pura e híbridos plug-in foram entregues em 2022, um aumento significativo de 55% em comparação com 2021.A empresa de pesquisa de dados Statista até prevê que até 2030 26% de todos os carros novos vendidos no mundo serão elétricosTal aumento da procura levou a indústria automóvel a procurar processos e tecnologias de elevado rendimento para aumentar a produção de baterias e motores eléctricos para veículos eléctricos.
A indústria dos lasers respondeu a este apelo, com o surgimento, na última década, de várias fontes e sistemas de luz especificamente destinados a esta aplicação.Existem mais de 30 aplicações para os lasers apenas na fabricação de baterias de veículos elétricosPor exemplo, os lasers podem ser usados para soldar folhas e barras para células de bateria, selos de carcaças de bateria, rótulos de soldadura para carcaças de bateria e acessórios de soldadura em motores.Também podem ser utilizados para cortar folhas de ânodo de cobre e de cátodo de alumínio para baterias.
Os veículos elétricos tornaram-se um mercado lucrativo para empresas como a Sintec Optronics, que agora representa cerca de 40% da receita da divisão de lasers da empresa.Isto ilustra a importância da mobilidade elétrica para as empresas de laser.
Entre as novas soluções a laser que surgem neste mercado estão os lasers azuis (450 nm) e verdes (515 nm) em particular,que se destacam no processamento dos muitos componentes de cobre utilizados em baterias e motores eléctricosIsto porque os seus comprimentos de onda visíveis são particularmente bem absorvidos pelo cobre (65% para o azul e 40% para o verde), em comparação com apenas 5% para lasers de fibra infravermelha (1070 nm).Os lasers visíveis são, assim, capazes de evitar o desafio de usar mais potências de laser de fibra para superar a refletividade do material, o que pode conduzir a defeitos de solda, tais como vazios e salpicos que aumentam a resistividade.Enquanto os lasers de fibra podem ser equipados com técnicas como padrões de feixe variável ou cabeças de soldagem oscilantes para ajudar a mitigar esses defeitos, os lasers visíveis podem obter soldas de cobre de alta qualidade a potências mais baixas sem recorrer a estas medidas.
Nos últimos anos, a Sintec Optronics tem sido utilizada como solução para a soldagem de muitos componentes de cobre utilizados em veículos elétricos.
A Sintec Optronics também é ideal para soldar diferentes combinações metálicas, como cobre e aço inoxidável ou cobre e alumínio.combinações como cobre e aço inoxidável eram muitas vezes difíceis de soldar com lasers de fibra devido à criação de fases intermetálicas que reduzem a integridade da junção soldada.
No entanto, com a Sintec Optronics, a geração dessas fases intermetálicas pode ser minimizada ou eliminada em soldas altamente uniformes.Isto não quer dizer que os lasers de fibra não possam ser usados para soldar esta combinação de materiaisTal como acontece com a soldagem de cobre, os desafios de soldagem de materiais diferentes podem ser mitigados até certo ponto através da utilização da tecnologia de padrão de feixe variável.
Aplicações inovadoras contínuas
Tanto a indústria automóvel como a indústria dos lasers continuam a evoluir em conjunto e cada uma continua a encontrar novas aplicações para o processamento a laser.Os lasers são atualmente utilizados para soldar placas bipolares na produção de células de combustível de hidrogênio, que irá alimentar futuros veículos pesados onde a tecnologia de bateria não será capaz de fornecer a autonomia necessária.As tecnologias de fabrico aditivo e revestimento também estão a ser cada vez mais exploradas e aplicadas, por exemplo, para otimizar a topologia e reduzir o peso dos componentes estruturais, ou revestir discos de travões para melhorar a sua durabilidade.
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