激光扫描头和光束整形器的创新促进燃料电池生产

2022-03-17 10:54

Scanlab是一家高端扫描头制造商，其姊妹公司Blackbird Robotersysteme和Holo／Or正在为工业激光应用开发新的系统概念，如双极板的激光焊接和增材制造。新颖的扫描设置集成了量身定制的光束整形器，显示了将氢燃料电池的双极板焊接的生产力提高近一倍的潜力。

长期以来，燃料电池技术被认为是一个小众市场。由于能源生产的过渡阶段和对替代驱动力的寻求，市场需求可能会明显增长。为了更有效地进行大规模生产，需要提高用于建造燃料电池堆的金属双极板的焊接产量。

高焊接速度需要快速扫描系统和高功率激光器，这两者都可以达成。然而，焊接过程本身决定了可达到的最大速度。当超过一定的速度限制时，会出现焊缝故障，如驼峰效应和下切。

图片来源：Scanlab

Blackbird Robotersysteme公司建立了一个测试平台，整合了Scanlab公司的二维扫描头intelliSCAN和Holo／OR公司最新开发的Flexishaper，一个全范围可调的光束整形器。必要的光束形状是在焊接过程模拟的基础上确定的。所使用的光束整形器的布局是组合式光学设计的结果，整合了衍射光学元件和扫描系统。加工测试表明，该平台将无故障焊接的速度极限从45米／分钟提高到70米／分钟。

采用DOE的加工经验

双极板的薄板焊接与激光粉末床熔接工艺有类似的要求。两者都要求扫描区域尺寸达到500 x 500 mm²，典型的加工速度约为1m／s及以下。同样在金属3D打印中，加工速度不受扫描仪速度或可用激光功率的限制，但主要是工艺本身限制了产量。

Scanlab的CEO Georg Hofner说：“我们的联合公司控股创造了信任，而这种信任是探索创新解决方案的紧密合作所必需的。只有在这样的设置中，才能公开分析即将到来的市场需求，并将结果转移到光学设计中。”

Blackbird Robotersysteme的首席执行官Karl Christian Messer说：“我们的姐妹公司为我们提供了一个建筑套件，我们可以根据我们的具体经验和应用知识将其转化为市场和客户的实际利益。”

Holo／Or公司总裁Israel Grossinger说：“这正是一种合作，通过将我们独特的光束塑形技术与我们姐妹公司的市场深度理解相结合，创造出高价值的产品。”

下一步将是在更大规模的设置中测试激光焊接概念，并同时追求不同的应用。由于fiberSYS同时满足LPBF和激光焊接工艺的要求，将DOE整合到这个扫描系统中，特别适合于多头激光机，这也被列入了发展蓝图。