Aprovechar el potencial digital de la fabricación de baterías
Los ultrasonidos permiten un análisis inteligente de datos para una mayor seguridad y eficiencia
La soldadura ultrasónica permite mapear digitalmente un proceso de unión física, aumentando permanentemente la seguridad, la eficiencia y la calidad de la fabricación.
Hasta 150 puntos de datos por proceso de soldadura: la soldadura por ultrasonidos ofrece interesantes posibilidades para la digitalización de la producción de baterías, tanto en puestos de trabajo manuales como en sistemas automatizados. Si los datos se utilizan correctamente, se puede aumentar de forma permanente tanto la seguridad como la eficiencia y se pueden establecer nuevos estándares en el management de calidad.
Para aumentar la eficiencia de la fabricación de baterías, los datos cualificados son decisivos para el éxito. La optimización de estos puntos de datos solo se puede producir si se sabe exactamente dónde se producen los desechos o el tiempo y la energía específicos que se requieren para cada proceso. Como uno de los últimos pasos en la cadena de producción de baterías, el proceso de unión es especialmente importante: si aquí se producen errores, normalmente hay que desechar toda la celda, lo que se traduce en unos costes elevados.
La soldadura por ultrasonidos ofrece posibilidades óptimas para medir datos importantes en este punto crítico del proceso de fabricación. Cada proceso de soldadura particular person se mide y almacena digitalmente y puede evaluarse en consecuencia.
El desafío principal no es medir los datos, sino más bien aprovecharlos para sacar ventaja de la información.
Cómo funciona la adquisición de datos
A diferencia de otros procesos de unión como la soldadura láser o por inducción, la soldadura por ultrasonidos implica un contacto directo entre el componente y la herramienta de soldadura. El generador activa la herramienta de soldadura, el sonotrodo, para que vibre a una determinada frecuencia y amplitud. Estas vibraciones son amortiguadas por el componente durante la soldadura. Para compensar esta amortiguación, el generador realiza ajustes en la potencia.
Todos estos valores, junto con muchos otros, se pueden visualizar y guardar digitalmente. A pesar del tiempo de soldadura extremadamente corto, de apenas unos cientos de milisegundos, es posible seguir exactamente lo que le sucede al componente en cualquier momento durante el proceso.
Se pueden medir, guardar y evaluar hasta 150 puntos de datos para cada proceso de soldadura ultrasónica particular person.
Valor añadido mediante el uso inteligente de los datos
- Desarrollando el proceso de soldadura supreme
En primer lugar, la medición y evaluación de los datos es decisiva para el desarrollo del proceso de soldadura. Los tres parámetros centrales de soldadura son especialmente interesantes para la soldadura de celdas de batería:
– Fuerza
– amplitud
– energía
Estos parámetros influyen entre sí, por lo que deben estar perfectamente alineados. Si se modifica uno de los parámetros, también deben ajustarse los demás valores. Por ejemplo, la fuerza o la amplitud influyen directamente en la potencia: cuanto mayor sea la fuerza o mayor la amplitud que se utilice, más potencia se necesitará. A su vez, una mayor potencia puede reducir el tiempo necesario manteniendo el mismo consumo de energía.
Las pruebas iniciales de viabilidad requieren solo unas pocas soldaduras. Si se tiene suficiente experiencia en el manejo de los materiales, los parámetros iniciales de soldadura se pueden desarrollar después de solo 10 a 20 soldaduras.
«Encontrar los parámetros correctos supone sentar las bases para un proceso de soldadura fiable», explica Markus Haas, director de ventas world de METALS en Herrmann Ultraschall. «Sin embargo, las condiciones en el laboratorio suelen ser diferentes a las de la producción: la humedad, la temperatura u otras influencias ambientales pueden obligarnos a reajustar los parámetros».
Esta optimización adicional es beneficiosa: con los parámetros ideales, la ventana de proceso se amplía significativamente, lo que permite un cierto grado de compensación por las fluctuaciones del materials. Esto aumenta la seguridad y minimiza las tasas de rechazo.
Es importante que los requisitos se aclaren al inicio del desarrollo del proceso. Esto ofrece la oportunidad de optimizar el proceso según parámetros individuales. Por ejemplo, si la minimización del tiempo de soldadura es una prioridad, se aceptan algunas tolerancias en la resistencia de la conexión.
Los parámetros centrales del proceso de soldadura, como la fuerza, la amplitud o la potencia, se pueden visualizar gráficamente durante la soldadura ultrasónica.
- 2. Las estadísticas proporcionan seguridad
Si se comparan dos soldaduras entre sí, es difícil identificar patrones en las desviaciones. Sin embargo, en un conjunto de datos de 1.000 o incluso 10.000 registros, se pueden identificar diferencias estadísticas. La adquisición de datos en la soldadura por ultrasonidos ofrece esta posibilidad, siempre que los controladores estén equipados con el software program adecuado.
Esto permite, por ejemplo, extraer conclusiones sobre la calidad del materials en distintos lotes de producción. Además, permite identificar las causas de las soldaduras defectuosas, que podrían no ser evidentes si solo se consideraran las soldaduras individuales con desviaciones aparentemente menores de los parámetros ideales.
El desgaste de la herramienta de soldadura entre una soldadura y la siguiente es tan mínimo que apenas se nota. Sin embargo, durante un período más largo, es posible rastrear exactamente cuándo se necesita más tiempo para obtener una buena soldadura a pesar de la misma energía, lo que es un claro indicio de desgaste de la herramienta de soldadura. Esto permite un seguimiento preciso para determinar cuándo se debe reemplazar el sonotrodo o ajustar los parámetros después de un cierto número de soldaduras. En el futuro, la detección temprana permitirá actuar con rapidez, asegurando resultados de soldadura visualmente impecables de manera constante.
Con el software program correspondiente, los datos de soldadura del generador se pueden exportar, archivar y evaluar, creando así una importante base de datos para el management de calidad.
- 3. La huella digital permite la trazabilidad
Otra ventaja del archivo de los procesos de soldadura es que cada componente puede asignarse a una soldadura particular person y recibir su propia huella digital. Esto permite una trazabilidad perfecta. En caso de que surja una anomalía en la batería en una etapa posterior, es posible rastrear si el proceso de soldadura se ha ajustado a los criterios especificados o si se han producido desviaciones. En este último caso, se pueden identificar todas las demás celdas de la batería con las mismas desviaciones.
Sin embargo, no solo es importante observar el proceso de unión en la cadena de producción de celdas de batería. Para poder realizar evaluaciones verdaderamente significativas, todos los pasos del proceso deben mapearse digitalmente. La soldadura por ultrasonidos encaja perfectamente en esta visión de toda la cadena de producción.
Mirar los datos de cientos de soldaduras durante un largo período de tiempo proporciona información importante si hay diferencias en la calidad de los resultados de la soldadura.
Mirando hacia el futuro: ¿nuevas posibilidades con la IA?
En un entorno de producción cada vez más automatizado, la cantidad de puntos de datos aumentará enormemente en el futuro. Esto también aumentará el potencial de uso inteligente de esta información.
«Será muy interesante si incorporamos las posibilidades de la inteligencia synthetic al proceso», explica Markus Haas. «En el futuro, la IA podrá extraer aún más potencial de los datos, que podremos utilizar para hacer que todo el proceso de soldadura sea aún más rápido, más seguro o incluso más eficiente. Sin embargo, para ello necesita tener acceso a una cantidad suficiente de datos, que ya se pueden recopilar hoy en día».
Las empresas deberían priorizar la digitalización temprana de sus procesos de producción. Este enfoque proactivo no solo las prepara para un futuro digitalizado, sino que también ofrece beneficios tangibles hoy, como aumentar la seguridad de su fabricación y garantizar la calidad del producto, lo que aumenta la eficiencia y la rentabilidad generales. La adopción de la tecnología de unión ultrasónica como una tecnología de unión a prueba de futuro ofrece un punto de partida supreme para ello.
Markus Haas Director de Ventas Globales de METALES Ultraschall de Hermann