Maximizando o potencial digital na fabricação de baterias
A ultrassonografia e sua contribuição inteligente para maior segurança e eficiência
Markus Haas
A soldagem ultrassônica desempenha um papel crucial na digitalização da produção de baterias, possibilitando a análise inteligente de dados e o aprimoramento contínuo da segurança, eficiência e qualidade do processo fabril.
Com até 150 pontos de dados por processo de soldagem, a soldagem ultrassônica oferece um terreno fértil para a digitalização da produção de baterias, tanto em processos manuais quanto automatizados. Quando os dados são utilizados de forma correta, tanto a segurança quanto a eficiência podem ser aprimoradas significativamente, estabelecendo novos patamares de controle de qualidade.
Para otimizar a eficiência na fabricação de baterias, dados qualificados desempenham um papel crucial. A otimização desses dados só é possível ao identificar com precisão onde ocorrem rejeições, ou em relação ao tempo e energia necessários para processos individuais. Como uma etapa vital na cadeia produtiva de baterias, o processo de união das células é de extrema importância: erros nessa fase muitas vezes resultam na necessidade de descartar toda a célula, acarretando em custos elevados.
A soldagem ultrassônica oferece uma oportunidade única para medir dados essenciais nesse ponto crítico do processo fabril. A cada processo de soldagem é realizado um registro digital que pode ser avaliado adequadamente.
O principal desafio não é apenas medir os dados, mas sim utilizá-los com eficiência para obter vantagens a partir das informações coletadas.
Como ocorre a aquisição de dados
Diferentemente de outros processos de união, como soldagem a laser ou indução, a soldagem ultrassônica envolve o contato direto entre o componente e a ferramenta de soldagem. O gerador ativa a ferramenta de soldagem, o sonotrodo, para vibrar em uma frequência e amplitude específicas. Essas vibrações são absorvidas pelo componente durante a soldagem. Para compensar essa absorção, o gerador ajusta a potência conforme necessário.
Todos esses valores podem ser visualizados e armazenados digitalmente, junto com muitos outros. Apesar do tempo extremamente curto de soldagem, de apenas algumas centenas de milissegundos, é possível monitorar de forma precisa o que está ocorrendo com o componente a qualquer momento durante o processo.
Até 150 pontos de dados podem ser medidos, armazenados e avaliados para cada processo individual de soldagem ultrassônica.
Adicionando valor através do uso inteligente de dados
- Desenvolvimento do processo de soldagem ideal
No início, a medição e avaliação dos dados são essenciais para o desenvolvimento do processo de soldagem. Os três parâmetros centrais da soldagem são particularmente importantes para a soldagem de células de bateria:
– Força
– Amplitude
– Energia
Esses parâmetros estão interligados, sendo necessário um alinhamento preciso entre eles. Qualquer alteração em um dos parâmetros requer ajustes nos demais valores. Por exemplo, a força ou amplitude impacta diretamente na potência: quanto maior a força aplicada ou maior a amplitude utilizada, mais potência é necessária. Uma maior potência, por sua vez, pode reduzir o tempo de soldagem, mantendo a mesma entrada de energia.
Os testes iniciais para determinar a viabilidade do processo exigem apenas algumas soldas. Com experiência suficiente no manuseio dos materiais, os parâmetros de soldagem iniciais podem ser estabelecidos após apenas 10 a 20 soldas.
“Encontrar os parâmetros corretos significa estabelecer as bases para um processo de soldagem confiável”, explica Markus Haas, Diretor Global de Vendas METAIS da Herrmann Ultraschall. “No entanto, as condições no laboratório muitas vezes diferem das condições de produção: umidade, temperatura ou outras influências ambientais podem exigir ajustes nos parâmetros.”
Essa otimização adicional é benéfica: com os parâmetros ideais, a janela do processo se expande significativamente, permitindo ajustes para compensar variações no material. Isso aumenta a segurança e diminui as taxas de rejeição.
É crucial esclarecer os requisitos durante a fase inicial do desenvolvimento do processo, proporcionando a oportunidade de otimizar o processo de acordo com parâmetros individuais. Por exemplo, se a redução do tempo de soldagem for prioritária, algumas tolerâncias na resistência da união podem ser aceitáveis.
Parâmetros essenciais do processo de soldagem, como força, amplitude ou potência, podem ser visualizados graficamente durante a soldagem ultrassônica.
- Estatísticas garantem segurança
Comparar duas soldas individualmente dificulta a identificação de padrões nos desvios. No entanto, um conjunto de dados com 1.000 ou até 10.000 registros torna as diferenças estatísticas mais visíveis. A aquisição de dados na soldagem ultrassônica oferece essa possibilidade, desde que os controladores estejam equipados com o software apropriado.
Isso permite obter conclusões sobre a qualidade do material em diversos lotes de produção, por exemplo. Além disso, possibilita identificar as razões por trás das soldas defeituosas, o que pode não ser evidente ao considerar apenas soldas individuais com pequenas variações em relação aos parâmetros ideais.
O desgaste da ferramenta de soldagem de uma solda para outra é tão mínimo que quase não é percebível. No entanto, ao longo de um período mais extenso, é possível verificar exatamente quando é necessário mais tempo para obter uma boa soldagem, apesar da mesma energia – um sinal forte de desgaste na ferramenta de soldagem. Isso possibilita um rastreamento preciso para determinar o momento de substituir o sonotrodo ou ajustar os parâmetros após um certo número de soldas. No futuro, a detecção precoce permitirá uma ação imediata, garantindo resultados de soldagem visualmente perfeitos de forma consistente.
Com o software adequado, os dados de soldagem do gerador podem ser exportados, arquivados e avaliados, criando um banco de dados importante para controle de qualidade.
- A impressão digital digital possibilita rastreabilidade
Arquivar os processos de soldagem oferece uma vantagem adicional, possibilitando que cada componente seja associado a uma solda individual e receba sua própria impressão digital. Isso viabiliza uma rastreabilidade perfeita. Caso surja uma anomalia na bateria posteriormente, torna-se possível rastrear se o processo de soldagem cumpriu os critérios estabelecidos ou se houve alguma discrepância. Em caso afirmativo, todas as outras células da bateria com as mesmas variações podem ser identificadas.
No entanto, é importante não visualizar apenas o processo de união na produção de células de bateria. Para realizar avaliações verdadeiramente significativas, todas as etapas do processo devem ser digitalizadas. A soldagem ultrassônica se encaixa perfeitamente nessa abordagem de mapear toda a cadeia de produção.
Observar os dados de centenas de soldas ao longo do tempo fornece informações cruciais em caso de diferenças na qualidade dos resultados da soldagem.
Rumo ao futuro – novas perspectivas com a inteligência artificial?
Em um ambiente de produção cada vez mais automatizado, a quantidade de dados aumentará significativamente no futuro, ampliando o potencial de uso inteligente dessas informações.
“Será emocionante se integrarmos as possibilidades da inteligência artificial no processo”, explica Markus Haas. “No futuro, a IA poderá extrair ainda mais potencial dos dados, que poderemos utilizar para tornar todo o processo de soldagem mais rápido, seguro e eficiente. No entanto, para isso, é necessário ter acesso a uma quantidade suficiente de dados, os quais já podem ser coletados atualmente.”
As empresas devem priorizar a digitalização precoce de seus processos de produção. Essa abordagem pró-ativa não apenas prepara para um futuro digitalizado, mas também proporciona benefícios tangíveis hoje, como o aumento da segurança da fabricação e garantia da qualidade do produto, impulsionando assim a eficiência e rentabilidade global. Adotar a ultrassonografia como uma tecnologia de união preparada para o futuro oferece um ponto de partida ideal para essas iniciativas.
Markus Haas, Diretor Global de Vendas METAIS da Hermann Ultraschall
