Equipe busca aumentar a eficiência da produção de células de combustível com tecnologia de usinagem a laser

As células de combustível usadas para embarcações e aviões estão se tornando cada vez mais leves para melhorar a eficiência, e isso está levando a um declínio na espessura da placa bipolar. Agora, uma tecnologia de usinagem a laser para placas bipolares finas, que pode ajudar a melhorar a eficiência da produção e a qualidade das células de combustível, foi desenvolvida por meio de um projeto de colaboração inovador em P&D internacional.

Por meio de uma pesquisa conjunta internacional entre a Coréia e a Alemanha, uma equipe composta pelo Korea Institute of Machinery and Materials (presidente Sang-jin Park, KIMM), um instituto sob a jurisdição do Ministério da Ciência e TIC, K-Lab, um pequeno e média empresa, e as alemãs Fraunhofer Gesellschaft e BBW Lasertechnik, desenvolveram um novo equipamento 2D on-the-fly compósito, aplicando um scanner que permite a soldagem e corte a laser de materiais para placas bipolares para células a combustível com espessura de 0,075mm.

O pesquisador principal Su-jin Lee do Departamento de Tecnologia Laser Industrial da KIMM e a equipe concentraram sua atenção nas demandas dos fabricantes de células de combustível que exigem a soldagem de placas finas em grande escala de várias formas, bem como corte de alta qualidade ao mesmo tempo . O trabalho é publicado na revista Metais.

A equipe de pesquisa conjunta usou a tecnologia convencional em que a platina e o scanner se movem simultaneamente e conseguiram desenvolver uma máquina de processamento de compósitos Top-Lamp capaz de soldar e cortar grandes áreas (400 mm x 400 mm ou maiores) em várias formas por acoplamento cruzado do bico de saída de gás de corte para o estágio.

Além disso, a equipe desenvolveu e utilizou a função de manter a precisão da usinagem corrigindo automaticamente a área de trabalho através do mesmo eixo do scanner e do sistema de visão do ângulo externo em tempo real.

Com esta função, foi aplicada uma tecnologia que permite a correção da posição central do diâmetro da garganta do bocal e a irradiação do feixe de laser a 3mm do diâmetro do bocal durante o processo. O equipamento composto híbrido desenvolvido acima, que pode executar soldagem em alta velocidade e corte com bico ao mesmo tempo, foi instalado e está sendo operado pela BBW Lasertechnik GmbH, uma instituição parceira alemã.

Com a tecnologia 2D on-the-fly convencional, tem sido difícil controlar com precisão a forma do material por causa da mudança na velocidade causada pela aceleração ou desaceleração no momento da virada (curva) enquanto o material está sendo processado.

Além disso, como também tem sido difícil fazer correções no processo de usinagem, foi necessário melhorar a qualidade do mesmo. Enquanto isso, não é fácil conectar bicos de gás de corte a scanners convencionais de alta velocidade. Foi necessário usar equipamentos separados para soldagem e corte, o que levou a aumentos no tempo e nas despesas de processamento.

A tecnologia recém-desenvolvida ajuda a melhorar a qualidade da usinagem, reduzindo os erros de acoplamento cruzado por meio de uma correção de posição mais precisa pelo sistema de visão do scanner. Além disso, o bico de gás de corte pode ser acoplado separadamente ao scanner ou a outro estágio, melhorando a qualidade do corte.

Além disso, o sistema de visão corrige a posição central para a irradiação do feixe de laser na garganta do bocal. Isso permite soldagem em alta velocidade e corte parcial ao mesmo tempo, o que ajuda a reduzir custos e tempo de processamento.

O pesquisador principal Su-jin Lee, da KIMM, diz: “A equipe de pesquisa alemã também espera que a tecnologia mais recente, desenvolvida por meio de pesquisa conjunta internacional, seja aplicável a vários setores. A tecnologia recém-desenvolvida é significativa porque pode responder às demandas do mercado de células a combustível para a melhoria da qualidade da usinagem, pois a espessura das placas bipolares para células a combustível se torna cada vez mais fina.”

Esta pesquisa foi realizada com o apoio do projeto de “desenvolvimento de tecnologias avançadas de usinagem a laser para a fabricação de células de combustível”, um projeto de co-desenvolvimento internacional do Ministério do Comércio, Indústria e Energia. Em maio de 2022, o KIMM assinou um MoU com a Fraunhofer Gesellschaft da Alemanha, uma das instituições que participaram da pesquisa, para a expansão da cooperação internacional e networking sustentável e cooperação entre pesquisadores nas principais áreas.

Fornecido pelo Conselho Nacional de Pesquisa de Ciência e Tecnologia