多光束激光系统促进生产性制造业发展

由弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）主导的欧盟基础设施项目“NextGenBat”具有雄心勃勃的目标：通过采用新材料和激光制造工艺，显著提高电池等移动能源存储设备的性能。

为了实现这些目标，合作伙伴正在使用一种方法，将平行运行激光加工过程。通过特殊的光学器件可以产生多达几百条光束，然后通过平行加工大大增加生产力。然而，只有少数专业公司如Pulsar Photonics，掌握了这项技术。

这一切都始于一个非常大的项目。两年来，来自亚琛、尤利希和明斯特的六个研究所花费了1000万欧元的预算，为新的生产技术和生产概念建立了前瞻性的基础设施。通过扩大北莱茵-威斯特法伦地区已有的基础设施，他们为该地区的公司研究和开发下一代电池创造了最佳条件。

激光微加工

NextGenBat项目的参与者之一，Pulsar Photonics公司现在正在将欧洲区域发展基金（ERDF）项目的初步工作付诸实践。激光源、光学器件、传感器技术和软件可以在一个定制系统中进行优化组合，以加工任何材料和部件。用于光束整形和多光束加工的光学元件和系统，可以大大提升了加工速度。

在电池技术方面，Pulsar Photonics公司自2020年夏季以来得到了Patrick Gretzki的支持。从一开始，这位物理学家就作为薄膜结构的团队负责人参与了NextGenBat项目。对此，弗劳恩霍夫激光技术研究所还开发了一个卷对卷（roll-to-roll）系统，用于干燥和构造锂离子电池的电极以实现新的特性，如更高的容量以增加快速充电。

24条光束中的12条光束正在工作。由Pulsar Photonics公司开发的光学器件通过单条光束对电池阳极的300mm宽的带子进行结构化。改善了电池的功率密度和充电能力

研究所的系统部件和光学系统部门经理Gretzki评论说：“我们从客户咨询中获得的大面积组件结构的经验中受益。Pulsar Photonics公司开发的“MultiBeamMultiScanner”光学系统可以将激光系统的功率分成大量的多条光束。

事实证明，这种方法对超短脉冲激光器特别有用，否则在单光束加工中只能有限地提高其输出，部分原因是工件的热负荷太高。多光束的平行操作使每条单独的光束以最大效率运行，从而以高产的方式加工工件，几乎没有热应力。

红外线和绿光

来自Herzogenrath的光学元件将红外线、脉冲激光辐射分成了24条光束，这些光束在电池阳极上构造出一个大约300mm宽的带子。然后，该光学模块可以在第二个加工步骤中使用绿光激光器，用一条激光束就能切割出单个电池单元。

研究所开发的系统为基于激光工艺的电池生产微结构提供了多种可能性。“但是，潜在的用户想要什么呢？”Gretzki说：“一方面，客户需要容易调整的光学器件且不需要校准；另一方面，优化后的高激光功率系统还能保持长期运行稳定。”

他补充说：“如果客户还对扫描仪有要求，可以通过适当的软件和控制支持来同步处理多个扫描场，相互协调。或者甚至像本案例中那样，与皮带的运动同步。目前，行业对这种复杂解决方案的需求正在增长。”

自2021年以来，弗劳恩霍夫激光技术研究所一直在开发用于电池生产的激光工艺。图中是用于激光加工的多光束光学器件设施

2023年目标：批量生产

很少有技术是真正的未来技术。另一方面，多光束处理在优化生产步骤的灵活性、数字化和成本效率方面具有巨大潜力。应用领域涉及激光微结构、多部件的并行加工或激光加工的一般并行加工。

因此，Pulsar Photonics公司的下一步工作是推进组合式多光束处理，以便在接下来的工业生产做好准备。Gretzki补充道，“我们仍在寻找合作伙伴和应用程序以适应这一概念，并在连续生产运营中验证它。”