La saldatura a frizione e rimescolamento con robot porta la produzione di veicoli elettrici a un nuovo livello

Otto robot KUKA, tra cui tre moduli applicativi per Friction Stir Welding con KR FORTEC in tre celle cell4_FSW, sono in funzione dal 2022 presso un importante fornitore di automobili in Portogallo. Si occupano di quello che probabilmente sarà il futuro della guida: l’alloggiamento della batteria per l'auto elettrica, realizzato in varie leghe di alluminio per rendere il veicolo il più leggero possibile. La procedura FSW, in particolare, riveste un'importanza particolare in questo argomento. Questo perché il processo robotizzato non solo offre la massima qualità di saldatura con un buon rapporto costo-efficacia, ma è anche considerato una tecnologia verde grazie al suo basso consumo energetico. La produzione del supporto per la batteria dell'auto elettrica è stata portata a un livello completamente nuovo. Secondo il cliente, il costo di un metro di saldatura a frizione e rimescolamento è già più conveniente dell'equivalente consumo di filo per la saldatura ad arco.

La mobilità elettrica continua a crescere in tutto il mondo. Il cuore dell'auto elettrica, la batteria, è fissata al pianale del veicolo con un alloggiamento costituito da un telaio saldato a gas inerte in profilati estrusi, chiuso da una lamiera o da profilati estrusi a doppia parete. KUKA supporta il cliente nella produzione di questi alloggiamenti da diversi anni e ha già fornito tre diversi impianti. "Siamo cresciuti insieme alle esigenze del cliente, dal singolo lavoro di saldatura alla linea di produzione completamente automatizzata", afferma Patxi Blanco, Global Key Account Manager presso KUKA, che ha accompagnato il processo dell’alloggiamento della batteria leggera fin dall'inizio.

Tutto è iniziato nel 2019, quando il cliente utilizzava ancora un impianto di un altro produttore e non era soddisfatto della qualità della saldatura. Questo perché i requisiti del cordone di saldatura sono molto particolari per gli alloggiamenti delle batterie delle auto elettriche. A differenza dei veicoli ibridi, la batteria delle auto al 100% elettriche è più grande e più pesante ed è integrata direttamente nel pianale. "Ciò richiede un elevato grado di rigidità e, a causa dell'integrazione nel pianale, gli alloggiamenti sono soggetti agli urti. Ciò significa che devono resistere a forze enormi", spiega Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution presso KUKA.

"Questa soluzione consente di risparmiare due impianti e i relativi costi per il personale e lo spazio di produzione a parità di volume di produzione", afferma Patxi Blanco. La soluzione KUKA è estremamente economica: il robot di saldatura a frizione e rimescolamento può essere utilizzato fino al 95% della sua capacità, in quanto i dispositivi possono già essere caricati e scaricati in un'area di sicurezza separata durante il processo di saldatura. Un altro vantaggio: grazie al robot, il processo non solo è più dinamico, ma richiede anche una superficie ridotta.

Ma non si è fermato ai due impianti. Tre anni dopo, non solo il semplice processo di saldatura avviene con l'aiuto di robot, ma l'intera produzione è automatizzata. In tre celle KUKA cell4_FSW, otto robot lavorano ora in quattro fasi per produrre gli alloggiamenti delle batterie in diverse leghe di alluminio in base agli elevati requisiti. La piastra di base viene prima saldata e nella seconda fase sbavata. Una volta terminata la piastra, i robot saldano il telaio alla piastra di base e infine sbavano l'intera cassetta della batteria nella quarta fase. "Abbiamo eseguito l'installazione e la messa in servizio presso il nostro stabilimento di Augsburg. Il cliente ha collaudato l’impianto sul posto, per cui l'installazione in loco si è svolta rapidamente e senza intoppi", spiega Patxi Blanco a proposito del progetto a lungo termine sulla mobilità elettrica.

Sviluppata appositamente per il crescente mercato della mobilità elettrica, la cella di saldatura a frizione e rimescolamento KUKA cell4_FSW offre la massima versatilità e possibilità di configurazione, oltre a un'eccezionale efficienza economica. "Grazie a una precisione di traiettoria inferiore a 0,5 millimetri, è possibile ottenere cordoni di saldatura altamente precisi e perfetti", spiega Stefan Fröhlke. La traiettoria precisa si basa da un lato sull'impiego di KR FORTEC 500 R2830 MT, che convince per la sua elevata rigidità e durata. Dall’altro, la calibrazione precisa del percorso assistita dal laser per compensare le deviazioni del percorso svolge un ruolo significativo nel garantire che il cordone di saldatura nella saldatura a frizione e rimescolamento soddisfi gli elevati requisiti di tenuta e delle procedure di crash.

Il progetto a lungo termine ha creato una buona collaborazione tra KUKA e il fornitore automobilistico e sono attualmente in corso trattative per nuove piattaforme di batterie. KUKA non fornisce quindi solo l’impianto e la progettazione, ma anche il necessario know-how di processo per sostenere attivamente i nuovi sviluppi. Perché una cosa è certa: ladomanda di auto elettriche e, di conseguenza, di supporti per le batterie continuerà ad aumentare in futuro. Gli esperti ipotizzano che nel 2032, per la prima volta, in Germania saranno immatricolati più veicoli elettrici che veicoli a combustione interna. Non da ultimo per via delle emissioni di CO2 risparmiate. Questo aumenta anche la richiesta di alloggiamenti delle batterie che non solo siano leggeri, ma anche resistenti.