弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）的科學(xué)家在ERDF（歐洲區(qū)域發(fā)展基金會）研究項目ScanCut中為接觸沖壓技術(shù)提出了引人注目的新功能。位于亞琛的研究人員團隊與來自北萊茵-威斯特法倫州的行業(yè)合作伙伴合作，開發(fā)了一種用于薄壁金屬帶的激光切割的混合制造工藝。這種新工藝可以以更環(huán)保、高精度和高效的方式制造比以往技術(shù)更小的接觸部件細節(jié)。

插頭連接器通常很小，雖然乍一看并不引人注目，但如果沒有它們，現(xiàn)代車輛將無法工作。數(shù)千個插頭連接器把信號和控制電壓從車輛的一部分傳輸?shù)搅硪徊糠帧⑴c項目的這些接觸部件目前由位于德國呂登沙伊德的KOSTALKontaktSystemeGmbH等公司以傳統(tǒng)的沖壓和彎曲工藝生產(chǎn)。然而，隨著工藝變化，車輛中連接器元件的數(shù)量不斷增長，正把這種久經(jīng)考驗的傳統(tǒng)的沖壓和彎曲工藝的機械生產(chǎn)方法推向極限。隨著元器件小型化與汽車輕量化進程的持續(xù)發(fā)展，結(jié)構(gòu)上更精細和更復(fù)雜的接觸部件需要相對更小的插頭連接器，市場對這部分連接器的需求激增。

在上述背景下，尤其是在狹小的安裝空間中創(chuàng)建帶有多個獨立懸掛觸點的接觸區(qū)域時，激光切割為以前無法實現(xiàn)的設(shè)計選擇打開了大門。在安裝空間狹窄或需要帶有多個獨立懸掛觸點的條件下，多個觸點的冗余性甚至使最小的觸點系統(tǒng)也能夠提供對可靠信號傳輸而言非常重要的、堅固的電氣設(shè)計。

由 ERDF 資助的項目 ScanCut 的合作伙伴開發(fā)了一種基于激光的多光束模塊螺旋切割方法，為可替代沖壓的新解決方案鋪平了道路。

基于激光的螺旋鉆孔：傳統(tǒng)加工方式的高精度替代品

研究人員還將螺旋鉆孔與超短脈沖（USP）激光器結(jié)合在一起。FraunhoferILT開發(fā)的并已經(jīng)獲得專利的這種方法已經(jīng)表明，這個工藝是在鋼、玻璃和陶瓷上鉆出高深寬比精密微孔的絕佳選擇。實驗人員發(fā)現(xiàn)，精度是螺旋鉆孔的最大優(yōu)勢之一：焦點直徑為25μm，鉆孔壁的粗糙度Ra小于0.5μm。但是，受限于目前工藝，只有在低處理速度下才能達到如此高的質(zhì)量。

ScanCut聯(lián)合項目選擇與多光束的光學(xué)器件組合

但是，實驗人員發(fā)出疑問：這種在其他材料上有過實踐檢驗的方法是否還可以用于切割鈑金零件？如果可以，那么如何提高處理速度來讓它更適應(yīng)加工生產(chǎn)的目的？這些問題促使ScanCut項目的啟動，這是一個由KOSTAL，F(xiàn)raunhoferILT和AmphosGmbH和PulsarPhotonicsGmbH公司共同組成的合作項目，上述單位均位于德國的Herzogenrath。該項目由歐洲區(qū)域發(fā)展基金會（ERDF）和北萊茵-威斯特法倫州資助?！霸谠擁椖恐?，我們將螺旋鉆孔光學(xué)系統(tǒng)與PulsarPhotonicsGmbH的多光束模塊和AmphosGmbH的高功率光束源結(jié)合在一起，”FraunhoferILT的微納結(jié)構(gòu)研究組科學(xué)家JanSchnabel接受采訪時表示。

在金屬板上螺旋切割而產(chǎn)生的切縫。

為了配合實驗，AmphosGmbH開發(fā)了基于InnoSlab技術(shù)的大功率光束源，其輸出功率為300W，脈沖能量為3mJ。

成功的原型系統(tǒng)——后續(xù)項目即將出現(xiàn)

實驗過程中，為了把激光束分成多達20個單獨的光束，需要高脈沖能量。然而，起初，項目合作伙伴們專注于驗證多光束方法是否可以通過把激光束分成兩到六個獨立的光束來實現(xiàn)。

PulsarPhotonicsGmbH和FraunhoferILT現(xiàn)在正在著手一個后續(xù)項目：結(jié)合本次實踐的經(jīng)驗，雙方將繼續(xù)開發(fā)具有多光束模塊的螺旋切割技術(shù)。PulsarPhotonicsGmbH和FraunhoferILT的雙方發(fā)言人表示：從本次ScanCut項目中獲得的經(jīng)驗和見解還將被用于開發(fā)高功率激光光源，從而擴展AmphosGmbH現(xiàn)在所能提供的產(chǎn)品組合。

自動調(diào)整簡化了激光的使用流程

作為工業(yè)4.0主要推動機構(gòu)之一，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）和項目合作伙伴特別關(guān)注自動化及其實現(xiàn)的可能性。FraunhoferILT的微納結(jié)構(gòu)研究組科學(xué)家Schnabel表示：“我們在實驗中使用了電動可調(diào)鏡和光學(xué)鏡架，從而實現(xiàn)光束位置的自動調(diào)節(jié)的目的?！彼M一步解釋道：“一旦我們編寫了合適的軟件程序后，就可以僅僅通過按一下按鈕，來啟動對螺旋鉆孔光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整，而這個全程并不需要我們的任何工作人員前往現(xiàn)場?！?/p>

延伸閱讀

弗勞恩霍夫協(xié)會（德語：Fraunhofer-Gesellschaft），總部位于德國慕尼黑，是德國也是歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機構(gòu)，成立于1949年3月26日，以德國科學(xué)家、發(fā)明家和企業(yè)家約瑟夫·弗勞恩霍夫（JosephvonFraunhofer,1787-1826）的名字命名。弗勞恩霍夫協(xié)會每年在研究上花費為28億歐元，其中23億歐元用于合同研究領(lǐng)域。其下屬的弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（簡稱ILT）是享譽國際的工業(yè)激光開發(fā)和工業(yè)激光應(yīng)用的專業(yè)研究機構(gòu)，研發(fā)領(lǐng)域包括“工業(yè)激光器”、“激光加工工藝”、“激光3D打印”、“激光設(shè)備和系統(tǒng)技術(shù)”、“激光測量和檢測技術(shù)”等。本次ScanCut項目從屬于“激光加工工藝“開發(fā)項目，“ScanCut沖壓過程中的激光切割”為期三年，于2020年2月完成，項目資助方為歐洲區(qū)域發(fā)展基金會。