德国团队开发用于轻量化建筑结构的激光连接工艺

众所周知，现代轻量化结构能够帮助汽车、船舶、铁路和航空航天工业节省燃料和材料，从而减少对环境的影响。同时，轻质面板的制造也比传统方法更快、更便宜。

近日，德国弗劳恩霍夫材料和光束技术研究所（Fraunhofer IWS）宣布开发出一种方法，可以将这种经过验证的设计原则转移到其他行业。

通过使用激光连接工艺，他们将细丝空心腔结构与盖片焊接在一起，形成轻质的“三明治”夹层板。这种金属结构可以在Fraunhofer IWS的卷对卷工艺中特别高效地进行生产。新技术确保了更高的生产速度，以及轻量化面板的更广泛用途，这为船舶上层建筑、铁路和工厂建筑的建造开辟了新的轻量化构建视角。

（图片来源：Fraunhofer IWS）

基于激光的“三明治电镀”（sandwich plating）方法为工业提供了许多技术、经济和生态潜力。Fraunhofer IWS研究员Andrea Berger表示：“有了这项技术，轻质面板和型材的生产速度和成本效益都比传统方法快得多。此外，新工艺还消除了对粘合剂和其他额外材料的需求，这有利于轻松回收用这一工艺生产的轻质结构。”

如今，许多轻量级建筑商经常会使用空心夹层板，而不是厘米厚的重型钢板。尽管与实心钢相比，它们的重量要轻得多，但对于车辆、飞机或大厅隔墙、天花板来说，它们已足够坚固。在薄钢、铝或塑料的内部结构框架基础上，建筑制造商通常会在两侧焊接或粘合薄板。

来自德国萨克森州的一家大型货车制造公司向Fraunhofer IWS提出了一项挑战，该挑战启动了新的激光轧制工艺：制造商已经在其车辆技术中使用轻质铝型材。

然而，他们所应用的挤压工艺难以适配任意厚薄度的内部薄板，厚度下限约为1．5 mm。但由于人们希望节省尽可能多的材料和重量，这成为了一个难解之题。

面对这一难点，Fraunhofer IWS的研究人员用激光焊接轧机顺利破局。利用这一系统，他们在两个滚轮之间引导轻质内部结构的柔性核心层，覆盖板在顶部和底部滚动。扫描仪控制的激光被从两侧斜定向精确地射入核心层和表面之间的超薄间隙之间。

（图片来源：Fraunhofer IWS）

这时候，他们会精确地加热金属表面。根据所选板材材料的不同，局部温度达到660℃ -1400℃。然后，辊子将轻微熔化的芯层表面和覆盖层牢固地压在一起，使它们永久结合。

环保型的激光加工

这种特别轻的薄板可以在一次通过轧制工艺生产。与高温挤压等传统方法相比，激光焊接节省了大量的能量，因为能量丰富的光只需要将金属表面局部熔化到极薄的厚度。它也适合低成本的大规模生产。

即使是实验室的原型也能达到很高的生产速度。Andrea Berger估计，这种系统发展到工业规模后，每分钟可以生产超过10米的轻质板材。此外，这种机器可以快速转换为新的型材或板材结构。