激光助力，燃料电池双极板焊接生产率提高近1倍！

2022-03-17 08:35

作为下一代发电技术之一，燃料电池发电的应用前景非常广阔。为了实现更高效的大规模生产，提高金属双极板焊接建造燃料电池堆的生产率，成为了关键的一环。

通常而言，焊接速度的提高需要快速扫描系统和高功率激光的加持。然而，焊接过程本身却决定了可达到的速度极限。当超过一定的速度限制时，焊缝就会发生“驼峰效应”（humping effects）和“咬边效应”（undercut）等让人头大的问题。

为了解决这种瓶颈，Blackbird Robotersysteme搭建了一个测试平台，该平台集成了高端扫描头制造商Scanlab的2D扫描头和和HOLO/OR的最新开发的全范围可调光束成形器Flexishaper。

集成2D扫描头intelliSCAN的测试平台。（图片来源：Blackbird Robotersysteme）

据悉，Scanlab与其姊妹公司Blackbird robotersystem和Holo/Or正在开发用于工业激光应用的新系统概念，如双极板的激光焊接和增材制造。

颇为亮眼的是，据他们介绍，这种新型的扫描装置集成了定制波束成形器，有望将氢燃料电池双极板焊接的生产率提高近一倍。

最新开发的可调光束成形器Flexishaper在焊接过程模拟的基础上，确定了所需的束形，最终打造出一个光束成型机。这款光束成型机结合了衍射光学元件和扫描系统的光学设计。经工艺试验表明，利用这款设备，无故障焊接的速度上限从45米/分钟提高到了70米/分钟。

接下来，Blackbird Robotersysteme团队的研究人员们在更大的范围内测试激光焊接，并将其投放在更丰富的应用中。

双极板薄板焊接与激光粉床熔接工艺有相似的要求。两者都需要扫描场大小达500×500 mm²，典型的处理速度≤1米/秒。此外，在金属3D打印中，处理速度不受扫描器的速度或可用的激光功率的限制，但主要是过程本身限制了产量。

激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一，具有材料契合度高、高效精密、自动化集成的优势，目前已成为不少电池生产线上的标配设备。

目前，在燃料电池中有很多光纤激光焊接能应用的地方，比如电芯、模组焊接生产等环节。据《2021年中国激光产业发展报告》预测，2021年国内激光焊接设备市场约162.5亿元、同比增速25%。未来，这一市场的应用规模还将不断扩大，相关的技术成为背后最强推动力。

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