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(huì)）研究項(xiàng)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(tuán)隊(duì)與來(lái)自北萊茵-威斯特法倫州的行業(yè)合作伙伴合作，開(kāi)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(xì)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(méi)有它們，現(xiàn)代車輛將無(wú)法工作。數(shù)千個(gè)插頭連接器把信號(hào)和控制電壓從車輛的一部分傳輸?shù)搅硪徊糠帧⑴c項(xiàng)目的這些接觸部件目前由位于德國(guó)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(zhǎng)，正把這種久經(jīng)考驗(yàn)的傳統(tǒng)的沖壓和彎曲工藝的機(jī)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(jìn)程的持續(xù)發(fā)展，結(jié)構(gòu)上更精細(xì)和更復(fù)雜的接觸部件需要相對(duì)更小的插頭連接器，市場(chǎng)對(duì)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(gè)獨(dú)立懸掛觸點(diǎn)的接觸區(qū)域時(shí)，激光切割為以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)選擇打開(kāi)了大門(mén)。在安裝空間狹窄或需要帶有多個(gè)獨(dú)立懸掛觸點(diǎn)的條件下，多個(gè)觸點(diǎn)的冗余性甚至使最小的觸點(diǎn)系統(tǒng)也能夠提供對(duì)可靠信號(hào)傳輸而言非常重要的、堅(jiān)固的電氣設(shè)計(jì)。

由 ERDF 資助的項(xiàng)目 ScanCut 的合作伙伴開(kāi)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(kāi)發(fā)的并已經(jīng)獲得專利的這種方法已經(jīng)表明，這個(gè)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(shí)驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)，精度是螺旋鉆孔的最大優(yōu)勢(shì)之一：焦點(diǎn)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(dá)到如此高的質(zhì)量。

ScanCut聯(lián)合項(xiàng)目選擇與多光束的光學(xué)器件組合

但是，實(shí)驗(yàn)人員發(fā)出疑問(wèn)：這種在其他材料上有過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)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(lái)讓它更適應(yīng)加工生產(chǎn)的目的？這些問(wèn)題促使ScanCut項(xiàng)目的啟動(dòng)，這是一個(gè)由KOSTAL，F(xiàn)raunhoferILT和AmphosGmbH和PulsarPhotonicsGmbH公司共同組成的合作項(xiàng)目，上述單位均位于德國(guó)的Herzogenrath。該項(xiàng)目由歐洲區(qū)域發(fā)展基金會(huì)（ERDF）和北萊茵-威斯特法倫州資助?！霸谠擁?xiàng)目中，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(shí)表示。

在金屬板上螺旋切割而產(chǎn)生的切縫。

為了配合實(shí)驗(yàn)，AmphosGmbH開(kāi)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(xiàng)目即將出現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為了把激光束分成多達(dá)20個(gè)單獨(dú)的光束，需要高脈沖能量。然而，起初，項(xiàng)目合作伙伴們專注于驗(yàn)證多光束方法是否可以通過(guò)把激光束分成兩到六個(gè)獨(dú)立的光束來(lái)實(shí)現(xiàn)。

PulsarPhotonicsGmbH和FraunhoferILT現(xiàn)在正在著手一個(gè)后續(xù)項(xiàng)目：結(jié)合本次實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，雙方將繼續(xù)開(kāi)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(xiàng)目中獲得的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解還將被用于開(kāi)發(fā)高功率激光光源，從而擴(kuò)展AmphosGmbH現(xiàn)在所能提供的產(chǎn)品組合。

自動(dòng)調(diào)整簡(jiǎn)化了激光的使用流程

作為工業(yè)4.0主要推動(dòng)機(jī)構(gòu)之一，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）和項(xiàng)目合作伙伴特別關(guān)注自動(dòng)化及其實(shí)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?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了電動(dòng)可調(diào)鏡和光學(xué)鏡架，從而實(shí)現(xiàn)光束位置的自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。”他進(jìn)一步解釋道：“一旦我們編寫(xiě)了合適的軟件程序后，就可以僅僅通過(guò)按一下按鈕，來(lái)啟動(dòng)對(duì)螺旋鉆孔光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整，而這個(gè)全程并不需要我們的任何工作人員前往現(xiàn)場(chǎng)?！?/p>

延伸閱讀

弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)（德語(yǔ)：Fraunhofer-Gesellschaft），總部位于德國(guó)慕尼黑，是德國(guó)也是歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，成立于1949年3月26日，以德國(guó)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(huì)每年在研究上花費(fèi)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(jiǎn)稱ILT）是享譽(yù)國(guó)際的工業(yè)激光開(kāi)發(fā)和工業(yè)激光應(yīng)用的專業(yè)研究機(jī)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(cè)量和檢測(cè)技術(shù)”等。本次ScanCut項(xiàng)目從屬于“激光加工工藝“開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，“ScanCut沖壓過(guò)程中的激光切割”為期三年，于2020年2月完成，項(xiàng)目資助方為歐洲區(qū)域發(fā)展基金會(huì)。