Mikro sammenføjning

Senest opdateret d. 13/4-2012
FORCE Technology
Resultatkontrakt 2013-2015 under temaerne Materialeteknologi og Produktionsteknologi
Torben Lorentzen
Forsknings- og Udviklingschef

FORCE Technology vil udvikle lasersvejsning til sammenføjning af de aller mindste komponenter og strukturer muligt. Vi vil udfordre svejseteknologien på millimeter, mikrometer og nanometer skala, med henblik på bistå den danske fremstillingsindustri med udvikling af nye produkter med innovative løsninger, mere helhedsorienterede komponenter og færre fordyrende samlingsprocesser. I samarbejde med industrien vil vi udvikle, demonstrere og implementere teknologien i dansk industri – eksempelvis indenfor høreapparat-, instrument- og medicoindustrien.

MIKRO SAMMENFØJNING

Institut: FORCE Technology

Kontaktperson: Torben Lorentzen

Ny viden og serviceydelser
Indenfor nærværende aktivitet vil FORCE Technology opbygge erfaringer og udvikle lasersvejsning til at adressere de aller mindste komponenter og strukturer muligt. Med afsæt i vore laser svejse kompetencer, der traditionelt har adresseret den mere traditionelle fremstillingsindustri, hvor produkt skalaen måles i centimeter, decimeter og meter, tager FORCE Technology i nærværende aktivitet skridtet den modsatte vej, for at udfordre svejseteknologierne på millimeter, mikrometer og nanometer skala. Det specifikke rationale herfor er beskrevet nedenfor.
For at udfordre teknologierne i dette skala-områder skal der opbygges viden om de teknologiske muligheder for at styre laserstrålekvalitet i de aller mindste stråler, viden om laserstrålens fysiske tværsnit, effekt og indtrængning, og der skal opbygges viden om den opnåelige svejsekvalitet i et spektrum af relevante materialer der forekommer i miniature komponenter.
Med afsæt i den viden og de erfaringer der opbygges, vil vi udbyde til industrien, at FORCE Technology kan bistå dem i at udvikle nye innovative produkter designet med miniature svejsning in-mind. Vi vil bistå industrien med at udvikle og demonstrere hvad lasersvejsning byder i form designfrihed, bistå Dem med udvikling af de første proto-typer, bistå Dem med gennemførsel af den første pilot-produktion og med den praktiske implementering af teknologierne i egen fabrikation.

Centrale aktiviteter
For at sikre industri-relevansen vil det blive en central aktivitet i den tidlige fase af aktivitetsforløbet, at kortlægge mulighederne med den nyeste laserteknologi i relation til relevante, danske industrianvendelser, for herigennem at skabe et fundament for udviklingsarbejdet og for den følgende introduktion og implementering i industrien.
Baseret på industri input vil vi udvikle svejseteknologierne til relevante og repræsentative materialer og materialekombinationer. Vi vil optimere processerne på relevante og repræsentative længde skalaer og for de relevante og repræsentative geometrier.
Sammen med industrien vil vi udvælge en række demonstrations produkter, og her demonstrere de fordele som lasersvejsningen byder i sammenligning med de aktuelle sammenføjnings og samlings metoder og teknikker.
I et samarbejde med nogle få industrier, vil vi arbejde for at demonstrere, hvorledes repræsentative eksisterende produkter, med lasersvejsning in-mind, kan re-designes med nye innovative løsninger og mere helhedsorienterede komponenter og færre fordyrende og omkostningstunge samlingsprocesser.

Rationale for indsatsen
Danmark har en stærk apparatindustri, som har brug for dedikerede sammenføjningsløsninger i miniatureområdet. Og her har laserteknologien i de senere år udviklet sig så små diode- og fiberlasere, er blevet tilgængelige og prisbillige. Sammenføjninger, som tidligere har krævet særlige konstruktive hensyn, kan, med disse laserteknologier in-mind, simplificeres og produkternes begrænsede volumen frigøres til flere eller mere avancerede features, og skabe fysisk plads til endnu mere know-how i apparaterne.

Samling af små apparater og komponenter baserer sig som oftest på mekanisk samling og traditionelle termiske svejseteknikker. Disse er relativt langsomme, vanskelige at automatisere og introducerer kvalitetsmæssige og termiske udfordringer. Også lodning, limning og ultralydsvejning er processer der til nogle applikationer er på vej ud.

Industrier der arbejder med komponenterne der indeholder termisk følsomme elektroniske emner placeret tæt på den varme svejsezone, har hidtil haft udfordringer med at benytte svejseteknologier, men her er der i dag med de nye laserkilder nu åbnet nye muligheder for at indtænke svejsning som en samlingsmetode.
Desuden er der ofte tale om begrænsede pladsforhold og utraditionelle materialekombinationer, hvorfor sammenføjning med andre teknologier end mekanisk sammenføjning er en udfordring

Målgruppen er den danske apparatindustri, der domineres af virksomheder der fabrikerer høreapparater, instrumenter til medico-sektoren og elektromekaniske komponenter.

Mulige samarbejdspartnere
På nationalt plan venter vi at aktiviteten vil indeholde samarbejde med de tre største universiteter DTU, AU og AAU. På internationalt plan ventes arbejdet at involvere flere udenlandske universiteter og institutter, herunder Luleå Tekniska Universitet (SE), University West (SE), Lappeenranta Univerty of Technology (FI), RWTH (DE), SLV(DE), Fraunhofer Inst. für Lasertechnik (DE), TWI (UK) og ”The International Institute of Welding – IIW.

4 kommentarer

Herunder er indlæg og kommentarer fra interessenter på aktiviteter og aktivitetsforslag.

Kennie Falk Havn
Fredag d. 8/6-12 kl. 12:19

I høreapparat industrien handler en del af udviklingen om minimering af størrelse. Dette stiller bl.a. krav til samlings principper, som udover at være holdbare og pålidelige også skal dække et bredt spekter af materiale kombinationer. Det være sig metallegeringer ædle som uædle, plast med eller uden fyldstof, gummi og keramik for bare at nævne nogle.
Ved at bytte besværlige samlings processer ud med ex. laser sammenføjning ses der ikke kun mulighed for optimering ift. plads men også tidsbesparelse med efterfølgende økonomisk gevinst.
På nuværende tidspunkt findes der desværre kun begrænset viden om laserens formåen indenfor landets grænser. Så snart der er tale om anvendelser udover det gængse, rykker behovs opfyldelsen udenfor.
Projektet intention om at øge viden og muligheder indenfor dette felt hilses derfor velkomment.

Jesper Herløw
Mandag d. 4/6-12 kl. 16:34

Modernisering og optimering af nutidens fabrikationsteknologi er en nødvendighed, såfremt man ønsker fabrikation af fremtidens off-shore strukturer på dansk grund. Her kan laser svejsning være en mere præcis og miljøvenlig metode.

Lars Yde
Torsdag d. 7/6-12 kl. 17:55

Alkalisk elektrolyse vil i det fremtidige enegisysten baseret på en kraftigt stigende andel af vedvarende energi, herunder især vindkraft, få en fremtrædende rolle, idet vindkraften ved elektrolyseprocessen kan omdannes til brint der ved reaktion med CO2 kan danne methan som kan lagres og disdribueres via naturgasnettet.

Et elektrolyseanlæg består bl.a af et stort antal anoder og katoder der hver især skal sammenføjes med en fælles bipolar plade. Sammenføjningspunkterne er strømførende, hvorfor det vil være en fordel med mange kontaktpunkter for at nedsætte den elektriske modstand. Svejsningen skal foretages på stålemner pletteret med et tyndt lag nikkel som ikke må beskadiges, ligesom emnerne ikke må slå sig ved sammenføjningen.
Alle disse udfordringer syntes at kunne imødegås med den beskrevne mikrosammenføjningspeoces, hvorfor den syntes særdeles relevant til ovennævnte formål.

Jens Bendixen
Tirsdag d. 12/6-12 kl. 13:54

Mikro sammenføjning af mekaniske emner med lasersvejsning er specielt interessant inden for fremstilling af produkter, hvor brug af lim- og loddeprocesser er uhensigtsmæssigt. Særligt sammenføjning af metalliske emner, med meget stor dimensionsforskel, er af stor interesse og vil åbne op for nye produktionsmuligheder.