لیزر، کلید توسعه صنعت خودرو

استفاده از تكنولوژی لیزر در ساخت خودرو، برای اولین بار در اواخر دهه 1970 میلادی مطرح شد. تحقیقات مۆسسات مختلف منجر به توسعه هرچه بیشتر لیزرهای نوری شد. بعد از آن مشخص شد كه لیزر فرصت جدیدی در تولید خودرو است به شرطی كه نیروی خروجی مورد نیاز برای عملیات با سرعت بالا و با كیفیت مناسب فراهم شود. در واقع، طراحی لیزرهای CO2 با حداكثر قدرت خروجی 2500 وات، تنها چند سال زمان برد. موج جدیدی از اختراعات امروز حاصل نتایج تكنولوژی لیزر در فرایند‌های تولید است.

برنامه ای برای کاهش وزن در صنعت خودرو

با اضافه شدن به وزن خودرو انرژی بیشتری نیز مصرف می شود. برای کاهش دادن وزن، تولیدکنندگان به صورت فزاینده به پلاستیکهای مستحکم شده با فیبر روی آورده اند که 30 تا 50 درصد سبک تر از فلز هستند. عیب این روش این است که این مواد جدید تر و شکننده هستند و کار با آنها دشوار است. شکننده بودن این مواد موجب می شود که ابزار برش و سوراخ کردن آنها به سرعت فرسوده شده و پیکربندی قطعات این مواد نیز به آسانی فلزات نباشد. لیزرها پلاستیک های فیبری را بدون فرسودگی می برند و همچنین قادر هستند آنها را بچسبانند.

کاهش دادن وزن همچنین می تواند از طریق مواد فلز محکم انجام شود. متصل کردن ترکیباتی از فلزات مختلف ما را قادر می سازد که استفاده بهینه از خواص هریک از مواد کنیم. با ابزار جدید لیزری متمرکز شده ما قادرخواهیم بود ترکیبات مواد را بدون ایجاد شکاف یا ترک به هم جوش دهیم.

لحیم‌كاری لیزری؛ پاسخی به مشكلات طراحی خودرو

لحیم‌كاری لیزری، تنها چند سال قبل به‌عنوان فرایندی جدید در زمینه تولید خودرو معرفی شد. فولكس واگن2 اولین خودرویی بود كه از این تكنولوژی در تولید آن استفاده شد. طراحی درب صندوق عقب این خودرو با سطحی فرورفته عمیق (محل پلاك خودرو) امكان تولید آن را به صورت قطعه‌ای مستقل با عمق كشش لازم، ممكن نمی‌ساخت. تولید درب عقب به كمك دو قطعه مجزا امكان‌پذیر شد (درب به دو قسمت بالایی و پایینی تقسیم شد كه این دو قسمت در امتداد ناحیه بالای پلاك به یكدیگر متصل شدند). این اتصال در بهترین و با كیفیت روش جوشكاری نمایان و غیرقابل اجتناب است. به نظر می‌رسد كه تنها یك راه برای حذف این مشكل وجود دارد كه آن هم تغییر طراحی پانل درب صندوق عقب است.

این مشكل در نهایت به كمك پیشرفت فرایند لحیم‌كاری لیزری حل شد، تكنولوژی كه تا آن زمان فقط در صنایع الكترونیكی از آن استفاده می‌شد (لحیم‌كاری مقاومت‌ها، خازن و غیره). به محض انجام آزمایشات دقیق، مشخص شد كه لحیم‌كاری امكان ایجاد یك سطح صاف و نرم را دارد. دقیقاً سطحی با این كیفیت برای اتصال قطعات مختلف رویه در خودرو به كمك لیزر مورد نیاز است. از سویی امكان دوباره‌كاری در قسمت‌های بیرونی بدنه خودرو به منظور ایجاد سطح صاف و صیقلی قبل از رنگ كاری نیز وجود ندارد. لحیم‌كاری نرم برای اتصال قطعات بالایی و پایینی درب صندوق عقب، به‌دلیل عدم استحكام كافی، مجاز نیست. لحیم‌كاری لیزری با بهترین كیفیت سطح و بالاترین استحكام بود.

صرفه جویی در مصرف انرژی با موتورهای کم اصطکاک

فن آوری لیزر همچنین در بهینه سازی موتور به کار می آید. مهندسین همواره تلاش می کنند که اصطکاک را در کمترین حد نگه دارند تا کارآیی را بالا ببرند. این نه تنها برای موتورهای الکترونیکی جدید بلکه برای موتورهای احتراق درونی قدیمی و همچنین موتورهای دیزلی نیز صدق می کند. پوشش های سرامیکی با عملکرد بالا بسیار مطلوب هستند. زیرا نه تنها نسبت به فرسودگی مقاوم هستند بلکه سطح آنها صاف است و این امر سبب کاهش میزان اصطکاک می شود. دانشمندان فرانهوفر یک روش سریع و ارزان ابداع کرده اند که در آن اجزا با مواد نانو سرامیکی پوشیده شده و سپس با اشعه لیزر خشک می شوند. این فرآیند تاکنون بر روی دنده و یاتاقان آزمایش شده است.

لیزرها همچنین می توانند برای ایجاد تغییراتی در ویژگی های اجزای موتور به کار بروند. اصطکاک بین دیواره ی سیلندر و پیستون موجب مقدار زیادی هدررفت انرژی در موتور می گردد. به همین دلیل تلاش می کنیم که این هدررفت را به حداقل برسانیم. این مسئله بویژه برای موتور اتومبیل های مدرن با عملیات روشن و خاموش شدن های خودکار و اشتعال مکرر اهمیت دارند. گیلنر اضافه می کند: "برای حفاظت از آنها باید اطمینان حاصل کنیم که سیلندر همواره از لایه ای از روغن پوشیده شده باشد. فن آوری لیزر می تواند با ساختاردهی ویژه ای که میزان چسبندگی با روغن را بهبود می بخشد به ما کمک کند." محققان فرانهوفر قصد دارند که از این طریق طول عمر موتور را افزایش داده و میزان مصرف سوخت را کاهش دهند.

برنامه ی سالم سازی خودروهای برقی

لیزرها حتی قادرند کارآیی و طول عمر باطری های الکتریکی را نیز افزایش دهند. این یک خبر خوش برای تولیدکننگان و صاحبان خودروهای برقی است زیرا باتری ها همچنان قیمت بالایی دارند.

تولیدکنندگان باطری ها را با استفاده از یک سلول آند و یک سلول کاتد می سازند که بعد از آن به هم متصل می شوند. با کمک لیزرها محققان توانسته اند اتصالات پرعمرتری بدون تولید آلیاژهای شکننده بسازند. روشی که در آن لیزر سطوح را داغ می کند و غلطک هایی آن دو را به هم میچسباند. با استفاده ازاین روش قادر شدیم اتصال بسیار محکمی با رسانایی الکتریکی بالا و کمترین هدررفت انرژی  تولید کنیم. باطری های تولید شده بسیار کارآمد هستند. و از آنجا که مقدار بسیار کمی انرژی الکتریکی در این باطریها  به گرما تبدیل می شود این باطری های نیاز چندانی به خنک سازی ندارند.

فرآوری: مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان

منبع: صنعت خودرو، هیتنا،  sciencedaily