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

In futuro l'auto elettrica sostituirà il motore a combustione: gli esperti ne sono certi. Gli alloggiamenti delle batterie, grandi e pesanti, sono soggetti a requisiti speciali. KUKA ha sviluppato tre impianti per un fornitore automobilistico internazionale. La saldatura a frizione e rimescolamento robotizzata (in inglese "friction stir welding", FSW) con il modulo applicativo KUKA FSW e KUKA cell4_FSW porta la produzione a un nuovo livello in termini di qualità, ma anche in termini economici ed ecologici.


Saldatura a frizione e rimescolamento: alta qualità, economica e sostenibile

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.

Saldatura a frizione e rimescolamento robotizzata: linea di produzione per supporti delle batterie

In particolare nel settore della mobilità elettrica, la saldatura a frizione e rimescolamento dei supporti delle batterie si è affermata presso molti produttori e fornitori dell'industria automobilistica.

Saldatura completamente automatica per la mobilità elettrica

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.

Elevati requisiti per le saldature dell’alloggiamento della batteria

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.

Più batterie, più impianti

La saldatura a frizione e rimescolamento (Friction Stir Welding) è ideale per questi requisiti della cassetta della batteria. Per migliorare la qualità della saldatura presso il fornitore automobilistico internazionale, KUKA ha inizialmente sviluppato un impianto con due celle e un KR FORTEC ciascuna. Grazie alla flessibilità di poter saldare diverse cassette delle batterie su un unico impianto, il cliente è rimasto talmente soddisfatto da ordinare un altro impianto a KUKA nello stesso anno. Questa volta: una cella con un robot in grado di gestire tre dispositivi invece di uno. In questo modo è possibile eseguire tre diverse operazioni di saldatura, che altrimenti richiederebbero tre impianti non robotizzati. 

Saldatura a frizione e rimescolamento robotizzata per gli alloggiamenti delle batterie in due celle KUKA cell4_FSW.

In modo economico e dinamico: ecco come viene creata la casetta della batteria per il veicolo elettrico

"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.


Abbiamo eseguito l'assemblaggio e la messa in funzione nel 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.

Patxi Blanco, Global Key Account Manager presso KUKA

Vantaggio: installazione rapida e senza intoppi

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.

Il primo passo è il commissionamento dei singoli pezzi per le piastre di base.

Saldatura a frizione e rimescolamento per la massima precisione

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.

L’utensile durevole garantisce un'elevata produttività

Nel corso dello sviluppo, la durata degli utensili per la saldatura a frizione e rimescolamento si è rivelata una sfida particolare. Migliorando costantemente la spalla e il pin del robot grazie all'uso di nuovi materiali e rivestimenti, è stato possibile prolungare in modo significativo la durata dell'utensile. "Questo ha raddoppiato la produttività per il cliente. Creando scorte aggiuntive, possiamo inoltre garantire la fornitura entro pochi giorni, se necessario", afferma Patxi Blanco.

KR FORTEC 500 R2830 MT salda la piastra di base al telaio.

La mobilità elettrica: il tema del futuro

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.

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