Laser per l'alleggerimento

May 15, 2023

Oggigiorno gli OEM automobilistici di tutto il mondo cercano disperatamente di ridurre il peso dei veicoli. La BMW non fa eccezione.

Ad esempio, la Serie 5 2017 della casa automobilistica è 137 libbre più leggera rispetto al modello precedente. Questa perdita di peso è ancora più impressionante dato che la berlina 2017 è più lunga, più larga, più alta, più rigida e più forte del modello 2016.

La riduzione del peso del veicolo ha richiesto una progettazione intelligente e un maggiore utilizzo di acciaio ad alta resistenza, alluminio e magnesio. La Serie 5 del 2016 conteneva già una discreta quantità di alluminio, comprese le porte, il cofano e i parafanghi anteriori. Il modello 2017 ne utilizza ancora di più. Gli ingegneri hanno riprogettato il longherone posteriore, unendo 18 parti in un unico pezzo in alluminio pressofuso. Ciò ha permesso di risparmiare 24 sterline. Un cofano del bagagliaio in alluminio ne ha salvati altri 9. Anche il bagagliaio, la traversa del motore e il tetto sono realizzati in alluminio.

L'uso strategico di acciai altoresistenziali e ultra-resistenti nel tetto, nei longheroni e nella parte posteriore, conferisce alla carrozzeria un'elevata resistenza strutturale riducendo al contempo il peso. Inoltre, la BMW ha utilizzato il magnesio per fondere il pannello degli strumenti, rendendolo più leggero di 4 libbre rispetto al suo predecessore in acciaio.

Per assemblare questi materiali, le case automobilistiche hanno dovuto adottare una varietà di nuove tecnologie di giunzione, tra cui rivetti autoperforanti, viti con perforazione a flusso, adesivi strutturali e, sempre più spesso, saldatura laser.

"I laser sono un altro strumento nella cassetta degli attrezzi per l'unione dei materiali", afferma Nathan Harris, responsabile del settore automobilistico presso TRUMPF Inc. "Saldatura, elementi di fissaggio, adesivi: tutti hanno i loro punti di forza e di debolezza. Non esiste una "proiettile magico" in grado di risolvere ogni materiali che si uniscono alla sfida affrontata oggi dalle case automobilistiche."

La BMW non è l'unica casa automobilistica a sfruttare la saldatura laser. La tecnologia viene utilizzata su numerosi veicoli, tra cui la Ford F-150, la Cadillac CT6, la Honda Accord e la MINI Cooper.

Il campo in cui vengono applicati i laser, in particolare, è l’assemblaggio di porte in alluminio, telai di finestre, cofani, coperchi del bagagliaio e altre parti che richiedono una superficie finita di Classe A. Per la Serie 5, ad esempio, la BMW è passata dall'aggraffatura e dall'incollaggio delle portiere interamente in alluminio alla saldatura laser degli esterni in alluminio con gli interni in acciaio, tagliando almeno 13 libbre dall'auto.

I laser sono vantaggiosi in queste applicazioni perché gli ingegneri possono controllare e focalizzare attentamente l'energia diretta all'assieme. I giunti prodotti mediante saldatura ad arco o saldatura a punti a resistenza possono richiedere la rettifica di finitura; i giunti prodotti dalla saldatura laser ne richiedono poco o nessuno.

Un altro vantaggio della saldatura laser è la sua capacità di produrre saldature continue, saldature parallele e saldature a forma di C o S. Ciò può rendere le saldature più resistenti e consentire agli ingegneri di utilizzare materiali più sottili nei loro progetti. È particolarmente utile per le aree ad alto stress in cui è stata tradizionalmente utilizzata la saldatura a punti.

Ad esempio, i punti laser possono sostituire la saldatura a punti a resistenza utilizzata per unire il telaio superiore del tetto e il pannello inferiore del bilanciere. Per i montanti A o B, le cuciture continue possono sostituire i punti ed eliminare la necessità di rinforzi aggiuntivi.

"Per una saldatura a giro, invece di una semplice linea retta che attraversa il giunto, immagina di eseguire la saldatura con uno schema a zigzag o uno schema a vortice", spiega Harris. "Oppure, immagina di realizzare una linea di punti di saldatura, ciascuno lungo 5 millimetri e distanziati come preferisci. Avviene molto velocemente."

Poiché il laser può essere focalizzato così strettamente, gli ingegneri possono progettare flange più strette o addirittura eliminare del tutto la flangia. Per la saldatura a punti a resistenza, una flangia tipica può essere larga 20 millimetri o più. Per la saldatura laser, la flangia può essere inferiore a 10 millimetri, poiché il raggio laser è così stretto e il processo richiede l'accesso solo a un lato del giunto.

I laser consentono alle case automobilistiche di utilizzare materiali più leggeri anche in altre parti del veicolo. I laser vengono utilizzati per saldare filtri del carburante, aste dello sterzo, sensori, moduli di controllo e componenti del gruppo propulsore. Per i veicoli elettrici, i laser saldano le custodie delle singole batterie, nonché i compartimenti in cui sono conservate le batterie.