FR30-001

L’électromobilité est plus qu’une simple tendance, elle s’adresse directement au marché de masse. Des entreprises telles que le spécialiste du laser TRUMPF y voient une grande opportunité pour elles-mêmes et pour l’industrie, car les constructeurs automo-biles ont besoin de technologies innovantes pour la production de masse. Ils requièrent des process robustes qui peuvent être rapidement adaptés aux faibles volumes de production d’aujourd’hui et aux besoins de production en série de l’entreprise de demain. Cela nécessite une expertise dans deux domaines : la technologie laser et la numérisation. La technologie laser permet de fabriquer de manière efficace et économique les composants clés de l’électromobilité, tels que les entraînements électriques, l’électronique de puissance et les batteries. La numérisation est nécessaire pour répondre aux exigences de production de l’industrie automobile - utilisation maximale de la capacité et flexibilité maximale.

La mobilité électrique est en hausse dans le monde entier. En 2017, plus d’un million de voitures électriques ont été immatricu-lées pour la première fois en un an. Cela représente 57 pour cent de plus que l’année précédente. La Chine est en tête avec environ 60 pour cent de toutes les nouvelles immatriculations, suivie de l’Europe et des États-Unis. Les services de livraison et les prestataires de services logistiques du monde entier convertissent également leurs flottes en véhicules électriques sans émissions. Des normes d’émission strictes et la demande d’une meilleure consommation de carburant suggèrent que le nombre de voitures électriques va continuer à augmenter.

La demande croissante de mobilité électrique se fait également sentir chez TRUMPF : un dixième du chiffre d’affaires de l’entreprise high-tech allemande dans le secteur automobile est imputable à la production de batteries - et la tendance est à la hausse. «Nous avons mis en place les processus de fabrication adéquats pour fabriquer de manière économique les composants centraux nécessaires à la mobilité de demain : Seuls les lasers peuvent produire des entraînements électriques, de l’électronique haute performance et des batteries en série avec une telle flexibilité et à un niveau de performance aussi élevé «, déclare Christian Schmitz, directeur général de la technologie laser chez TRUMPF.

Une nouvelle technologie « d’épingle à cheveux » réduit le coût de l’e-moteur

Les constructeurs automobiles font de plus en plus appel à ce qu’on appelle la technologie des épingles à cheveux pour les moteurs électriques. Pour générer un champ magnétique stable, les stators (c’est-à-dire les parties fixes d’un moteur électrique) sont généralement enroulés avec du fil de cuivre. Chaque rainure individuelle de l’unité de support est enveloppée - de la même manière qu’une aiguille à tricoter est utilisée. En raison de l’épaisseur des fils de cuivre, cela est trop complexe et prend trop de temps pour les moteurs électriques puissants conçus pour entraîner une voiture. Dans le procédé en épingle à cheveux, un pistolet à air comprimé tire des «épingles à cheveux» préformées en fil de cuivre rectangulaire dans des rainures sur le bord du moteur. Les fils sont ensuite enroulés ensemble et soudés. La plus haute précision est requise pour maintenir la conductivité électrique du cuivre. De telles soudures propres et précises ne peuvent être réalisées qu’avec des lasers. «Grâce à notre procédé de soudage pour les épingles à cheveux, nous nous assurons que les moteurs électriques peuvent être fabriqués rapidement, en toute sécurité et de manière rentable. L’enroulement coûteux et fastidieux de bobines avec des fils de cuivre épais pour des moteurs électriques puissants n’est plus nécessaire. Cela facilite considérablement la production en série «, explique M. Schmitz.

« Technologies vertes » pour l’électronique haute performance

Les concepteurs ont compté sur le cuivre non seulement pour le moteur. Alors qu’une batterie de 24 volts alimente suffisamment l’ensemble de l’électronique d’un moteur à combustion, des tensions d’environ 800 volts sont rapidement générées dans une voi-ture électrique. Pour résister à cette charge, les concepteurs utilisent les excellentes propriétés de conduction thermique et élec-trique du cuivre. Cependant, les mêmes capacités de ce métal posent également des défis : le soudage au laser utilise normalement le rayonnement infrarouge. Mais c’est précisément dans la gamme de longueurs d’onde d’environ 1000 nm que le cuivre présente des propriétés hautement réfléchissantes. En fonction de l’état de surface, des soudures uniformes ne peuvent donc être garanties que dans une certaine mesure - et ne sont souvent pas assez élevées pour des applications industrielles. Le soudage par pénétration profonde peut également produire des éclaboussures qui endommagent le composant et, dans le pire des cas, provoquent des courts-circuits sur les cartes.

TRUMPF a donc développé une solution à l’aide d’un laser vert. La longueur d’onde verte est beaucoup mieux absorbée par le cuivre. Comme le matériau atteint sa température de fusion plus rapidement, le processus de soudage démarre plus rapidement et nécessite moins de puissance laser. Alors que le laser infrarouge fonctionne à 2,6 kilowatts de puissance crête, le laser vert n’utilise que 1,4 Kilowatts pour la même soudure. Ce procédé est plus écoénergétique et produit beaucoup moins d’éclaboussures. Cela signifie que les soudures en cuivre sont toujours produites avec une qualité constante quel que soit le type de surface.

«Outre des facteurs tels que la longueur d’onde correcte, l’optique laser apporte également une contribution essentielle à la précision des procédés de soudage laser «, explique Elvyne Egrot, ingénieur commercial chez LASER COMPONENTS. «Ils concen-trent le rayon laser avec toute son énergie sur un petit point. En raison de l’énergie élevée des lasers industriels, un seuil d’endommagement laser élevé est un facteur crucial. Pour des exigences particulières, les DOEs peuvent être utilisées pour réa-liser une grande variété de formes de faisceaux.»

Grâce à ces techniques et d’autres procédés laser pour composants électroniques, les quelques 200 soudures d’un moteur élec-trique peuvent être réalisées en un peu plus d’une minute. La fiche du chargeur, le transformateur de courant et le redresseur sont des exemples de la nouvelle gamme d’électronique de puissance introduite dans la voiture.

Numérisation pour la production de batteries sécurisée

Outre la production de moteurs et d’électronique, la technologie laser joue également un rôle crucial dans la production de bat-teries. Dans ce seul domaine, TRUMPF a déjà vendu plus de 500 lasers. Les batteries se composent de plusieurs couches de feuilles de cuivre et d’aluminium très minces qui sont découpées au laser. La batterie est ensuite remplie d’électrolyte liquide et soudée avec un couvercle. Ces soudures doivent être étanches : si la batterie tombe en panne pendant le fonctionnement, il y a un risque d’incendie et de blessure. De la cellule de la batterie en passant par le module de batterie jusqu’au bloc de batteries, le laser prend en charge tous les processus de soudage. Les systèmes laser sont équipés de systèmes de capteurs et sont reliés à une solution en cloud par l’intermédiaire d’un logiciel. Les capteurs fournissent des valeurs pour l’assurance qualité et la documentation, mais ils contrôlent également le processus de soudage.

La production de batteries nécessite non seulement un savoir-faire dans la technologie laser mais aussi dans la numérisation. En effet, la surveillance des processus est une base importante pour une production stable, en particulier dans la production de bat-teries pour voitures électriques. «Les fabricants de batteries sont confrontés au problème qu’ils ne peuvent tester le fonctionnement de la batterie qu’à la fin du processus de production. Ils ont besoin d’une surveillance continue de ce processus pour s’assurer que la batterie fonctionne correctement à la fin du processus «, explique M. Schmitz. De plus, la numérisation peut générer des données intéressantes pour le client final, notamment des données de performance, des données de vitesse et des données de capteur qui indiquent à la fois le résultat de soudage et la largeur de soudure.

Grâce à ces données, le fabricant peut documenter la qualité de la production, détecter les écarts par rapport à la norme et intervenir à un stade précoce. En outre, les fabricants misent de plus en plus sur une flexibilité maximale de leurs systèmes. Ils produisent différents types de moteurs- à la fois les moteurs à combustion interne et les voitures électriques - sur une seule et même ligne de production. Cette flexibilité ne peut être atteinte que si les systèmes sont numérisés et mis en réseau intelligement.

Il n’y a pas que les voitures qui passent à l’électrique

Le potentiel du marché de la mobilité électrique ne fait que commencer à se développer pleinement, car la mobilité par traction électrique ne se limite pas aux voitures électriques. Des camions entièrement électriques équipés de lignes aériennes font actuellement l’objet d’essais pratiques en Suède et en Allemagne ; en Norvège, les premiers ferries de transport de passagers et de voitures fonctionnant uniquement à batterie sont déjà en service ; dans de nombreuses régions du monde, les municipalités utili-sent des véhicules électriques de nettoyage et de sablage des rues ; les premiers tracteurs entièrement électriques labourent déjà les champs en silence ; les bicyclettes à moteur électrique connaissent un succès croissant depuis des années ; les scooters électriques sont vendus par millions, en Asie orientale et du Sud-Est notamment. Tous ces véhicules électriques nécessitent des batteries, de l’électronique de puissance et des moteurs électriques

---

Tout est dans l’optique

Dans de nombreux domaines, l’usinage au laser fait désormais partie de la production quotidienne. La qualité des lasers indus-triels dans n’importe quelle application dépend principalement de la forme, du guidage et d’autres paramètres du faisceau, et donc des composants optiques utilisés dans la machine.

Chez LASER COMPONENTS, nous vous aidons à trouver une solution adaptée à la puissance, à la longueur d’onde et à l’application prévue de votre laser industriel. Dans nos installations de fabrication d’optiques, nous utilisons différentes mé-thodes de traitements pour garantir que vos optiques répondent toujours aux normes de qualité les plus élevées, que ce soit pour un seul produit ou pour une série complète.

Datasheet:

Further product information:
Optiques Laser Traitées

Manufacturer:
LASER COMPONENTS Germany / Optiques Laser

Contact:

Contact Person:	Rainer Franke
Company:	Laser Components Germany GmbH
Address:	Werner-von-Siemens-Str. 15
ZIP / City:	82140 Olching
Phone:	+49 (0) 8142 2864-39
Fax:	+49 (0) 8142 2864-11
Email:	rainer.franke@lasercomponents.com