Máquina de corte a laser processando microcanais em placas bipolares de liga de titânio

Nas pilhas de células a combustível de hidrogênio, as placas bipolares metálicas desempenham múltiplas funções, incluindo a distribuição de hidrogênio, oxigênio e refrigerante, bem como a condução de eletricidade e calor. Suas superfícies são densamente cobertas por microcanais medindo apenas 0,5-1,0 mm de largura, e a espessura da placa normalmente varia em torno de 0,1 mm. A precisão das dimensões do canal e a qualidade da borda impactam diretamente a densidade de potência e a vida útil da pilha. Os processos de estampagem tradicionais dependem de moldes de alto custo, e as placas finas de liga de titânio apresentam um forte retorno elástico, dificultando a garantia de uma profundidade consistente do canal. A introdução de máquinas de corte a laser oferece uma solução inovadora para este desafio.

Tomando como exemplo a placa bipolar de liga de titânio, a área da placa única é de aproximadamente 400 cm², exigindo a usinagem de dezenas de canais sinuosos de fluxo em serpentina na superfície. A tolerância da largura do canal de fluxo deve ser de ±0,02 mm e não são permitidas rebarbas ou microfissuras no corte – qualquer saliência pode perfurar a membrana de troca de prótons, levando à falha da pilha. Inicialmente, a empresa adotou a produção experimental de estampagem, com um ciclo de desenvolvimento de molde com duração de até 3 meses e um único custo de molde experimental superior a 200.000 yuans, enquanto a taxa de rebarbas nas bordas do canal de fluxo atingiu até 8%. Depois de lançar uma máquina de corte de precisão a laser de picossegundos, a empresa importou diretamente os gráficos CAD do canal de fluxo. O feixe de laser seguiu os contornos para cortar cada canal sequencialmente, resultando em uma zona afetada pelo calor de menos de 5 micrômetros, cortes suaves sem rebarbas e profundidade do canal de fluxo controlada com precisão pela potência do laser e velocidade de varredura, alcançando consistência melhor que ±0,01 mm.

Em termos de eficiência, o dispositivo pode cortar todos os canais de fluxo da monoplaca em apenas 90 segundos e operar continuamente 24 horas por dia quando combinado com um sistema automatizado de carga e descarga. Quando o projeto da pilha de células de combustível é atualizado de placa monoplaca para placa bipolar e o layout do canal de fluxo é alterado de paralelo para serpentina, a empresa só precisa modificar o programa de corte, conseguindo a transição do processo em meio dia, eliminando completamente o longo prazo de entrega e o alto custo associado às modificações do molde. De acordo com o feedback, após a adoção do corte a laser, o ciclo de produção experimental de placas bipolares foi reduzido de 3 meses para 1 semana, com custos de fabricação abrangentes diminuindo em aproximadamente 40% e a taxa de rendimento aumentando de 91% para mais de 99%.

De ligas de titânio a aço inoxidável, e de placas bipolares a placas finais, as máquinas de corte a laser, com suas vantagens de operação sem molde, alta precisão e baixo impacto térmico, estão se tornando equipamentos de processo indispensáveis ​​na fabricação de energia de hidrogênio. Eles não apenas abordam o gargalo de precisão no processamento de microcanais de placas finas, mas também fornecem suporte robusto para a rápida iteração e produção em larga escala de células de combustível de hidrogênio por meio de recursos de fabricação flexíveis.