Die Brennstoffzellentechnologie wurde lange Zeit als Nischenmarkt eingeschätzt. Inzwischen ist die Nachfrage spürbar gestiegen, nicht zuletzt verursacht durch die Energiewende und die Suche nach alternativen Antrieben. Für eine effiziente Massenfertigung muss jedoch der Durchsatz beim Schweißen metallischer Bipolarplatten gesteigert werden, die den Stack einer Brennstoffzelle bilden.

Hohe Schweißgeschwindigkeiten erfordern schnelle Scansysteme sowie Hochleistungslaser, beides ist heute verfügbar. Ausschlaggebend für die erreichbare Geschwindigkeit ist jedoch der Schweißprozess an sich. Häufig treten Fehler in Schweißnähten auf wie Humping-Effekte oder Einbrandkerben, sobald eine gewisse Geschwindigkeit überschritten wird.

Blackbird Robotersysteme hat in einem Testaufbau den „Intelliscan“-2D-Scankopf von Scanlab sowie die neueste Enwicklung von Holo/Or integriert – den „Flexishaper“, einen über den gesamten Leistungsbereich einstellbaren Strahlformer. Die Bestimmung der notwendigen Strahlformung wurde mithilfe einer Prozesssimulation vorgenommen. Die Auslegung des eingesetzten Strahlformers ist das Ergebnis eines kombinierten optischen Designs, das diffraktive optische Elemente (DOE) mit einem Scansystem verbindet. Die Applikationsversuche erlaubten das Verschieben des Geschwindigkeitslimits für fehlerfreies Schweißen von 45 auf bis zu 70 m/min.

Übertragung der Bearbeitungspraxis mit DOEs

Das Schweißen dünner Bleche für Bipolarplatten stellt ähnliche Anforderungen an den Bearbeitungsprozess wie das Laserpulverbettschweißen (LPBF). Beide Verfahren erfordern ein Scannerbildfeld von bis zu 500 x 500 mm sowie eine typische Prozessgeschwindigkeit von rund 1 m/s und darunter. Auch beim Verfahren für Metall-3D-Druck wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht vom Scansystem oder der Laserleistung limitiert, sondern der Prozess an sich setzt die Grenzen für den Durchsatz. Daher sind die erfreulichen Laserschweißergebnisse der erste Schritt auch auf dem Weg zur Optimierung von LPBF-Prozessen.

„Unsere Firmenholding schafft den vertrauensvollen Rahmen, der nötig ist, für eine so enge Zusammenarbeit bei der Entwicklung innovativer Lösungen. Nur in einem vergleichbaren Setup kann man zukünftige Marktbedürfnisse offen analysieren und die Ergebnisse gleich in ein konkretes optisches Design umwandeln“ berichtet Georg Hofner, Sprecher der Geschäftsführung Scanlab. Karl Christian Messer, Geschäftsführer von Blackbird Robotersysteme, fügt hinzu: „Unsere Schwesterfirmen bieten uns einen Werkzeugkasten, den wir mithilfe unserer Erfahrung und unseres Anwendungswissens in greifbare Vorteile für unsere Zielmärkte und Kunden umsetzen können.“ Schließlich ergänzt Israel Grossinger, Inhaber von Holo/Or: „Das ist genau die Form von Kooperation, die einen echten Mehrwert erzielt. Die Kombination von unserer Strahlformungsexpertise mit dem tiefgehenden Marktverständnis unserer Schwesterfirmen.“

Die nächsten Schritte zur Zusammenarbeit bestehen darin, das Konzept des Laserschweißens in einem größeren Maßstab zu testen und verschiedene Applikationen parallel zu verfolgen. „Fibersys“ von Scanlab ist gerade auf die Anforderungen beider Verfahren, LPBF und Schweißprozesse, ausgerichtet. In die Entwicklungs-Roadmap wurde daher die Integration von DOEs in dieses Scansystem mit aufgenommen.

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