Станок лазерной резки для обработки микроканалов в биполярных пластинах из титанового сплава

В батареях водородных топливных элементов металлические биполярные пластины выполняют несколько функций, включая распределение водорода, кислорода и охлаждающей жидкости, а также проведение электричества и тепла. Их поверхность густо покрыта микроканалами шириной всего 0,5-1,0 мм, а толщина пластин обычно составляет около 0,1 мм. Точность размеров каналов и качество кромок напрямую влияют на удельную мощность и срок службы стека. Традиционные процессы штамповки основаны на использовании дорогостоящих форм, а тонкие пластины из титанового сплава демонстрируют сильную упругую отдачу, что затрудняет обеспечение постоянной глубины канала. Внедрение станков лазерной резки предлагает новое решение этой проблемы.

Если взять в качестве примера биполярную пластину из титанового сплава, то площадь одной пластины составляет примерно 400 см², что требует обработки десятков извилистых змеевидных каналов потока на поверхности. Допуск на ширину канала потока должен составлять ±0,02 мм, при срезе не допускаются заусенцы и микротрещины — любой выступ может проколоть протонообменную мембрану, что приведет к выходу пакета из строя. Первоначально компания внедрила пробное штамповочное производство, цикл разработки пресс-формы длился до 3 месяцев, стоимость одной пробной пресс-формы превышала 200 000 юаней, а уровень заусенцев на краях канала потока достигал 8%. После внедрения пикосекундного лазерного станка для прецизионной резки компания напрямую импортировала CAD-графику канала потока. Лазерный луч следовал контурам, разрезая каждый канал последовательно, в результате чего зона термического воздействия составляла менее 5 микрометров, были гладкие срезы без заусенцев, а глубина канала потока точно контролировалась мощностью лазера и скоростью сканирования, достигая однородности лучше ±0,01 мм.

С точки зрения эффективности, устройство может перерезать все каналы моноплаты всего за 90 секунд и может работать непрерывно 24 часа в сутки в сочетании с автоматизированной системой загрузки и разгрузки. Когда конструкция пакета топливных элементов модернизируется с моноплитной до биполярной пластины, а расположение каналов потока меняется с параллельного на змеевидное, компании нужно всего лишь изменить программу резки, добившись перехода процесса за полдня, полностью устраняя длительное время выполнения заказа и высокие затраты, связанные с модификациями пресс-формы. По отзывам, после внедрения лазерной резки цикл пробного производства биполярных пластин сократился с 3 месяцев до 1 недели, при этом совокупные производственные затраты снизились примерно на 40%, а процент выхода продукции увеличился с 91% до более 99%.

От титановых сплавов до нержавеющей стали, от биполярных пластин до торцевых пластин, станки для лазерной резки с их преимуществами работы без формования, высокой точностью и низким тепловым воздействием становятся незаменимым технологическим оборудованием в производстве водородной энергии. Они не только решают проблему прецизионной обработки микроканалов на тонких пластинах, но и обеспечивают надежную поддержку для быстрой итерации и крупномасштабного производства водородных топливных элементов за счет гибких производственных возможностей.