Doprava směřuje k vozidlům pohybujícím se bez emisí, s elektrickými pohony a autonomně. Klíčovým faktorem tohoto vývoje jsou přitom lasery a fotonika umožňující efektivní výrobu baterií, palivových článků a elektromotorů, zaručující efektivní výrobu lehkých konstrukcí a zajišťující bezpečnost při automatizované jízdě.
Do roku 2030 by ve dvanácti evropských zemích mělo vyrůst téměř 40 továren na články s celkovou kapacitou 1 200 GWh. Ve výstavbě jsou i továrny na palivové články, které mají zajistit mobilitu na dlouhé vzdálenosti s nosičem energie vodíkem. Kromě této transformace pohonů se výrobci automobilů zaměřují na lehkou konstrukci: čím více hmotnosti koncepty ušetří, aniž bude ohrožena bezpečnost cestujících, tím delší bude dojezd a nižší spotřeba energie.
Laserové procesy pro elektrická hnací ústrojí
Laserové procesy a fotonika hrají ústřední roli ve všech oblastech inovací, mobilitu budoucnosti nevyjímaje, proto i toto téma bude letos akcentováno na veletrhu Laser World of Photonics. Například bipolární desky, ze kterých jsou sestavy palivových článků vyrobeny, jsou svařeny a tvarovány pomocí laserových procesů vyvinutých firmami Blackbird, Precitec, Raylase či Trumpf. Společnosti jako Zeiss nebo 4D Photonics posouvají vpřed monitorování těchto procesů, zatímco týmy z Fraunhoferových ústavů pracují na dalším rozvoji laserových procesů. Jak trh s palivovými články nabírá na rychlosti, řešení výroby baterií zažívají boom. Podle firmy Trumpf se během tří let ztrojnásobil. Společnost dodává laserové technologie všem významným výrobcům baterií, více než 500 laserů by měla dodat jen v první polovině roku 2022. Více než polovina všech prodejů automobilů zde připadá na řešení pro e-mobilitu. Laserové procesy se totiž neprosadily jen ve výrobě článků, modulů a baterií, ale také ve výrobě elektromotorů a výkonové elektroniky. Vzhledem k tomu, že vstup energie do procesu lze přesně řídit, lasery zajišťují čisté řezné hrany a svarové švy s minimálním mechanickým a tepelným namáháním okolních oblastí. Zároveň zajišťují efektivnější — a tedy i náklady snižující — procesy.
Náročné svařování a řezání
Široký repertoár fotonických řešení lze uplatnit při řezání a svařování mědi. Reflexní neželezný kov je v elektrických vozidlech všudypřítomný, například v podobě mikrometr tenkého anodového materiálu, propojení bateriových článků a modulů či v elektromotorech a výkonové elektronice. Infračervené laserové světlo, které je běžně při jeho laserovém zpracování využíváno, má však své limity kvůli nedostatečné absorpci. Firma Coherent například řeší tento problém pomocí technologie High- Light ARM (adjustable ring mode) Fiber Lasers, tedy s pomocí vláknových laserů s koherentním nastavitelným prstencovým režimem (ARM) využívajících jedinečnou kombinaci středového a prstencového paprsku. Zcela nezávislé řízení výkonu a modulace těchto dvou komponent paprsku umožňuje vysoce přesné dodávání energie pro vylepšené schopnosti a lep ší výsledky. Prstenec pak specifi cky zvyšuje absorpci v zóně zpracování a jeho výsledkem je, že proces probíhá rychle a bez rozstřiku. Laserline a Raylase dosahují tohoto cíle pomocí modrých diodových laserů a přesných vychylovacích jednotek. Vzhledem k tomu, že měď absorbuje modré světlo mnohem lépe, lze zde uplatnit rychlé multikilowattové procesy. K řezání mikrometrů tenkých měděných a hliníkových fólií elektrod se často používají lasery s krátkým pulsem. A lasery se také používají k sušení elektrodových fólií čerstvě potažených aktivním materiálem. Zde Trumpf nahrazuje prostorově náročné a energeticky náročné pece polovodičovými lasery VCSEL. Laser line a dva Fraunhoferovy ústavy pro laserovou technologii (ILT) a pro výrobní technologii (IPT) navíc spoléhají také na energeticky účinné laserové sušení.
Kvality Vystavovatelé, jako jsou Scanlab, Scansonic nebo IPG Laser, se svými výrobními řešeními přispívajícími ke zvýšení efektivity pro snížení nákladů na baterie také posunuli do pozic hybatelů e-mobility. Podobně jako fi rmy Keyence, Mahr nebo Zeiss, které cestou zvyšování úrovně kvality výroby prostřednictvím vylepšování zobrazovacích, analytických a metrologických procesů přispívají k zajištění homogenního a stejnoměrného povlaku elektrodových folií, a tedy i k tomu, aby elektromotory, bipolární desky a čím dál hustěji zaplněná výkonová elektronika splňovaly požadované kvalitativní para metry. Díky jejich mikroskopickým a spektroskopickým vhledům mohou optimalizovat chemii baterie a strukturu anod, katod a separátorů. Fotonika zároveň poskytuje centrální impulsy při výrobě plastů vyztužených vlákny a pro trvanlivá spojení mezi nejrůznějšími kovy a plasty v lehké konstrukci z mnoha materiálů. Konsorcium fi rem Coherent, Laser Neolase, LZH, Primes a Sill Optics vyvinulo nový typ diodového laseru s devíti individuálně ovladatelnými laserovými body. To umožňuje regulaci teploty ve svarovém švu v závislosti na místní tloušťce a povaze materiálu a požadované geometrii svarového švu. Týmu se podařilo pevně spojit dříve laserově strukturované kovy s plasty. V dalším projektu Fraunhofer IPT vyvinul energeticky účinné procesy pro nové vláknité kompozitní mate riály, které tvrdnou za studena pod UV zářením. Mezi firmy využívající možností fotoniky patří také dodavatelé senzorů prostředí pro autonomní vozidla. Ať už jde o Eagleyard, Fraunhoferův institut pro fotonické mikrosystémy (IPMS), Hama matsu, Jenoptik či Viaoptic, všichni pracují na zdokonalování technologií pro LiDAR (light detection and ranging), tedy skenování okolí vozidla na několik set metrů pomocí laseru. /HK/
