La industria automotriz es una de las áreas de aplicación más grandes para el procesamiento de materiales láser.El sector del automóvil representó aproximadamente el 7% del PIB de la UE en 2019.
En este momento, las limitaciones de la cadena de suministro causadas por la epidemia de la Nueva Corona aún no se han eliminado por completo, y la fabricación automotriz aún no ha regresado a los niveles previos a la epidemia.El crecimiento del sector automotriz europeo está en tendencia al alzaEn los primeros nueve meses de 2022, se produjeron casi 8 millones de automóviles de pasajeros en la UE, un aumento del 5,8% en comparación con el mismo período de 2021.
Los láseres han desempeñado durante mucho tiempo un papel importante en la optimización de la fabricación de vehículos.El procesamiento por láser ofrece una excelente versatilidad y repetibilidad, y una sola máquina láser es capaz de procesar una amplia gama de componentes automotrices con gran precisión y velocidad.
El equipo láser es una herramienta altamente automatizada, de bajo costo y bajo mantenimiento para cortar, soldar, soldar, marcar, preparar superficies, perforar,Impresión 3D y aplicaciones de revestimiento en líneas de producción automotrizLos láseres se pueden utilizar para procesar una variedad de piezas de automóviles 2D/3D complejas que pueden estar hechas de materiales como metal, plástico, vidrio, caucho y textiles.
Fabricación de carrocerías en blanco
Una de las principales etapas de la producción automotriz en la que se aplican láseres (especialmente en el corte, lasoldadura y soldadura) se conoce como fabricación de carrocería en blanco (BIW) - esta es la etapa en la que los componentes del marco de acero que componen la estructura básica de un vehículo de carretera se cortan y unen entre sí.
Los componentes del cuerpo, la puerta y el marco suelen estar hechos de diferentes grados de acero endurecido a presión, como acero inoxidable, acero suave, acero de alta resistencia, acero de baja resistencia o acero galvanizado.El aluminio también se puede utilizar para algunos componentes y puede ayudar a mejorar el ahorro de combustible del vehículo debido a su peso más ligeroEstadísticamente, la mayoría de los paneles de carrocería de acero tienen un grosor de aproximadamente 0,6-0,8 mm, mientras que los paneles de carrocería de aluminio suelen tener un grosor de 0,8-1,8 mm.
La soldadura láser se ha utilizado en la fabricación de carrocerías en blanco durante décadas, y en 1991 Volvo se convirtió en el primer fabricante europeo en introducirla en la línea de producción principal de un taller de carrocerías.BMW adoptó la tecnología aproximadamente al mismo tiempo, que lo utiliza para unir los componentes del techo en sus líneas de subensamblaje.
La soldadura láser también se puede utilizar para componentes de carrocería en blanco, con la diferencia de que la soldadura derrite principalmente el material base de las dos partes conectadas,mientras que la soldadura consiste en fundir el metal de relleno mientras fluye entre las partes conectadas para formar un enlaceLa soldadura láser se utiliza típicamente donde las puertas y techos se unen para formar una unión perfecta y de alta resistencia que se puede recubrir fácilmente.
Debido a los bajos costos operativos, la mayoría de las tareas de soldadura / soldadura por láser en la fabricación de carrocería en blanco se pueden realizar con láseres de fibra.Se pueden utilizar para crear soldaduras de alta calidad entre materiales similares y diferentes, por ejemplo, cuando se soldan acero y aluminio, evitando defectos como grietas en frío, porosidad y salpicaduras.Los láseres de fibra pueden integrarse fácilmente en la robótica en las líneas de producción automotriz, ya que sus haces pueden transmitirse a la cabeza de procesamiento a lo largo del brazo robótico a través de una fibra flexible.
El corte, recorte y perforación por láser también han sido siempre parte de la fabricación de carrocerías en blanco.Además, columnas, marcos, orificios para antenas, bujes y orificios para fijar componentes exteriores son partes comunes que se pueden cortar o perforar con un láser.Los láseres de fibra son a menudo la herramienta de elección para esta aplicación también.
Componentes y interiores de automóviles
En la fabricación automotriz, los láseres también se utilizan en la producción de varios subconjuntos y componentes interiores.válvulas para motores, pinzas de freno, llantas, marcos de asiento, alternadores, inyectores de combustible, filtros, enganches, escapes, amortiguadores, tubos de bourdon, arrancadores de bolsas de aire, bobinas de bobinas del motor,y una variedad de piezas adicionales del motor.
Una vez más, estos son generalmente soldados con un láser de fibra.El titanio es a veces preferido en el mercado del automóvil deportivo y de lujo debido a su baja densidad.Los láseres de fibra también se pueden utilizar para procesar piezas hechas de poliéter éter cetona reforzado con fibra de carbono (CFR-PEEK),que se utiliza comúnmente en la fabricación de sistemas de frenos, sistemas de gestión del motor y del clima, embragues, sensores y equipos de marcha.
Cuando se trata de cortar tejidos para interiores de automóviles, los láseres de fibra son inferiores a sus más tradicionalesEl CO2Esto se debe a que la longitud de onda más grande (aproximadamente 10 micras) de lasEl CO2Las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) son las más avanzadas en la actualidad.
Por ejemplo, se utilizan para recortar el exceso de material de los salpicaderos y pilares interiores cubiertos de tela.Otras aplicaciones con láser basadas en textiles incluyen el corte de correas de cinturón de seguridad y tejidos de bolsas de aire, así como el corte y texturizado de cuero real y sintético para asientos y tapicería, y el corte de alfombras y almohadillas.
En el caso de los airbags, el material utilizado para fabricarlos generalmente está recubierto con una capa de silicona que ayuda a que permanezca hueco cuando se infla,y este material se puede cortar con un láser antes de coser juntosDebido a que el corte por láser es un proceso sin contacto, se logra un manejo mínimo de la tela, lo que reduce la probabilidad de daños en el recubrimiento.que puedan afectar negativamente al funcionamiento de la bolsa de aire.
Los láseres de CO2 también se utilizan en la fabricación automotriz para cortar y recortar piezas de plástico como interiores y paneles de instrumentos, pilares, parachoques, placas de matrícula, recortes y carcasas electrónicas / ligeras.Estas piezas están hechas de plásticos como ABS.Por ejemplo, los accesorios de luz de policarbonato y las lentes de los faros de plástico pueden estar recortados con unEl CO2láser para eliminar cualquier residuo de plástico del moldeado por inyección.
Además, el marcado de neumáticos con códigos de matriz de datos y la creación de trazabilidad es una aplicación relativamente nueva para los láseres de CO2.Los láseres también están comenzando a ser utilizados en los prototipos de neumáticos para perfilar la banda de rodadura y la pared lateral del neumáticoEsto podría sustituir la necesidad de grabar los neumáticos a mano con un cuchillo caliente, un proceso que consume mucho tiempo y es costoso con limitaciones técnicas.
Producción de baterías y motores para vehículos eléctricos
Una de las tendencias más importantes en la fabricación de automóviles en los últimos años ha sido la transición continua a la electrificación.
Según EV Volumes, se entregaron un total de 10,5 millones de nuevos vehículos eléctricos de batería pura y híbridos enchufables en 2022, un aumento significativo del 55% en comparación con 2021.La firma de investigación Statista incluso predice que para 2030 el 26 por ciento de todos los automóviles nuevos vendidos en todo el mundo serán eléctricosTal aumento de la demanda ha llevado a la industria automotriz a buscar procesos y tecnologías de alto rendimiento para aumentar la producción de baterías y motores eléctricos para vehículos eléctricos.
La industria del láser ha respondido a este llamado, con una serie de fuentes y sistemas de luz que han surgido durante la última década específicamente para esta aplicación.Hay más de 30 aplicaciones para los láseres sólo en la fabricación de baterías de vehículos eléctricosPor ejemplo, los láseres se pueden utilizar para soldar láminas y barras de bus para células de baterías, sellar carcasas de baterías, soldar etiquetas para carcasas de baterías y soldar accesorios en motores.También se pueden utilizar para cortar anodo de cobre y lámina de cátodo de aluminio para baterías.
Los vehículos eléctricos se han convertido en un mercado lucrativo para compañías como Sintec Optronics, que ahora representa alrededor del 40 por ciento de los ingresos de la división láser de la compañía.Esto ilustra la importancia de la movilidad eléctrica para las empresas de láser.
Entre las nuevas soluciones de láser que surgen en este mercado se encuentran los láseres azules (450 nm) y verdes (515 nm) en particular.que sobresalen en el procesamiento de los muchos componentes de cobre utilizados en baterías y motores eléctricosEsto se debe a que sus longitudes de onda visibles son particularmente bien absorbidas por el cobre (65% para el azul y 40% para el verde), en comparación con sólo el 5% para los láseres de fibra infrarroja (1070 nm).Los láseres visibles son así capaces de evitar el desafío de utilizar mayores potencias de láser de fibra para superar la reflectividad del material, lo que puede conducir a defectos de soldadura tales como huecos y salpicaduras que aumentan la resistividad.Mientras que los láseres de fibra pueden estar equipados con técnicas tales como patrones de haz variables o cabezas de soldadura oscilantes para ayudar a mitigar estos defectos, los láseres visibles pueden lograr soldaduras de cobre de alta calidad a potencias más bajas sin recurrir a estas medidas.
En los últimos años, Sintec Optronics se ha utilizado como solución para soldar muchos componentes de cobre utilizados en vehículos eléctricos.
Sintec Optronics también es ideal para soldar diferentes combinaciones metálicas como cobre y acero inoxidable o cobre y aluminio.Las combinaciones como el cobre y el acero inoxidable a menudo eran difíciles de soldar con láseres de fibra debido a la creación de fases intermetálicas que reducen la integridad de la unión soldada..
Sin embargo, con Sintec Optronics, la generación de estas fases intermetálicas se puede minimizar o eliminar en soldaduras muy uniformes.Esto no quiere decir que los láseres de fibra no puedan usarse para soldar esta combinación de materiales.Al igual que con la soldadura de cobre, los desafíos de soldar materiales diferentes se pueden mitigar hasta cierto punto mediante el uso de tecnología de patrón de haz variable.
Aplicaciones innovadoras continuas
Tanto la industria automotriz como la del láser siguen evolucionando conjuntamente, y cada una de ellas sigue encontrando nuevas aplicaciones para el procesamiento láser.Los láseres se utilizan actualmente para soldar placas bipolares en la producción de pilas de combustible de hidrógeno, que impulsará los futuros vehículos pesados donde la tecnología de baterías no podrá proporcionar la autonomía requerida.Las tecnologías de fabricación aditiva y revestimiento también se están explorando y aplicando cada vez más, por ejemplo, para optimizar la topología y reducir el peso de los componentes estructurales, o para revestir los discos de freno para mejorar su durabilidad.
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