Laser e mobilità elettrica: la filiera si incontra a Bologna

LaserEMobility Wokshop 2022 di Bologna è stato un momento di incontro e approfondimento della crescente spinta industriale per l’uso di sistemi di produzione basati su laser nella produzione di veicoli per la mobilità elettrica.

di Ali Gökhan Demir – Politecnico di Milano, Alessandro Fortunato – Università di Bologna, Alessandro Ascari – Università di Bologna e Michael F. Zäh – Università Tecnica di Monaco.

LaserEMobility Wokshop 2022 si è tenuto a Bologna dal 9 all’11 marzo 2022. Il workshop ha raccolto la sfida della crescente spinta industriale per l’uso di sistemi di produzione basati su laser nella produzione di veicoli elettrici. L’esigenza di ridurre l’utilizzo di combustibili fossili nella mobilità sta guidando l’elettrificazione. Si auspica che, entro il 2040, la metà della flotta automobilistica mondiale sia elettrica. Nuove soluzioni per la mobilità ed il trasporto basate sull’elettricità come droni, treni, aerotaxi, navi e barche, sono in fase di sviluppo.  I processi di produzione laser sono già presenti nella catena tecnologica per la produzione di vecchie e nuove tipologie di veicoli. La nuova generazione di veicoli si muove verso la minimizzazione del numero di componenti e una più alta necessità di operazioni di saldatura per i pacchi di batteria, i motori elettrici e le parti leggere della carrozzeria. I laser si distinguono come strumenti digitali flessibili che possono facilmente adattarsi ad applicazioni di saldatura, taglio, texturizzazione, trattamento termico e rivestimento. Questo è il motivo per cui, per rispondere alle specifiche dei prodotti in rapida evoluzione, i processi basati sul laser non vengono più considerati solo come un’opzione per cambiare i percorsi di produzione esistenti ma vengono direttamente integrati in fase di progettazione.  

Mobilità elettrica: serve una rete di scambio del know how

Nel 2020 è stata fondata la sezione LaserEMobility di AITeM – Associazione Italiana Tecnologie Manifatturiere composto da Politecnico di Milano, Università di Bologna e Università Tecnica di Monaco (TUM) e dai membri industriali IMA Automation Atop, Manz e Raylase. I soci fondatori hanno l’obiettivo di creare una rete di scambio del know-how nel campo della mobilità elettrica dove i laser trovano svariate applicazioni. Il LaserEMobility Workshop 2022 è stato organizzato come un evento internazionale di due giorni atto a sottolineare la necessità di collaborare su scala più ampia, poiché l’obiettivo dell’Europa deve essere raggiungere l’indipendenza nel prossimo futuro nel generare, immagazzinare e utilizzare l’elettricità anche all’interno dei veicoli di nuova generazione. Il workshop si è svolto in un formato ibrido con partecipanti presenti presso la sede del Bi-Rex Competence Center e partecipanti online dopo il live streaming. In termini di contenuti e partecipazione, LaserEMobility è stato il primo del suo genere. Un evento organizzato dalla collaborazione tra industria e mondo accademico, che, dando la parola ai produttori di sorgenti e componenti laser, integratori di sistemi laser e utenti finali ha riunito sotto un unico tetto tutti i principali attori del settore. Nell’ambito delle cinque sessioni tecniche durante i due giorni dell’evento, sono state effettuate 24 presentazioni raggiungendo un pubblico di oltre 500 partecipanti registrati provenienti da più di 20 paesi in Europa, Africa, Asia e America.

In prima linea per la  mobilità elettrica

L’evento ha preso il via il primo giorno con i saluti di apertura di Stefano Cattorini, Amministratore Delegato di Bi-Rex, Prof. Alfredo Liverani, Direttore del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna, Prof. Luca Settineri, Presidente AITEM, e Vincenzo Colla, Assessore all’Economia Sviluppo e Green Economy, Occupazione, Formazione presso la Regione Emilia-Romagna a sottolineare l’impegno degli stakeholder in Italia per lo sviluppo del settore della mobilità elettrica. Successivamente il Prof. Alessandro Fortunato dell’Università di Bologna ha avviato le sessioni tecniche partendo da “Sorgenti avanzate, beam shaping e monitoraggio”. Una serie di presentazioni tecniche dei principali produttori di sorgenti laser e componenti ha sottolineato le attuali capacità di manipolazione del raggio nei domini di spazio, tempo e lunghezza d’onda costruite su misura per le applicazioni di mobilità elettrica. Thomas Hofmeister di Coherent ha dimostrato le recenti capacità dei loro sistemi laser con controllo temporale flessibile sulla forma spaziale del raggio fra il core centrale e l’anello esterno, con applicazione  alle operazioni di saldatura di rame e alluminio in motori elettrici e pacchi batteria. Matthias Beranek di Trumpf è poi salito sul palco illustrando gli sviluppi dei sistemi con lunghezze d’onde diverse che vanno dal NIR al verde, con soluzioni di monitoraggio in linea integrate, adatte alla saldatura di hairpin e pacchi batteria. Stefano Cattaneo di IPG Photonics ha poi mostrato come le varie soluzioni laser dell’azienda, ad emissione impulsata e continua, possono essere abbinate a una serie di operazioni dal taglio e texturizzazione degli elettrodi alla saldatura di batterie con soluzioni integrate alle stazioni di lavoro.  Successivamente, Giovanni Masotti di ElEn ha illustrato l’uso dei laser a CO2 per lo stripping degli isolatori delle forcine, sottolineando l’importanza di queste sorgenti laser ormai consolidate nel campo della mobilità elettrica. In seguito, Salvatore Salerno di Optoprim ha mostrato l’approccio della loro azienda nel fornire soluzioni di indirizzamento della sorgente e del raggio per scopi che richiedono un’enfasi sulla lunghezza d’onda blu per la lavorazione del rame. L’ultimo intervento della mattinata è stato di Philippe Leopold di Lumentum, che ha evidenziato l’influenza di un’operazione di taglio laser pulita e di alta qualità sulle prestazioni delle lamine della batteria. La sessione mattutina è stata seguita dalla pausa pranzo nell’area espositiva di Bologna, dove i partecipanti hanno avuto la possibilità di osservare i desk delle aziende sponsor.  Dopo una lunga pausa infatti dovuta alla pandemia, l’interazione faccia a faccia è stata molto apprezzata.
La sessione pomeridiana della prima giornata è stata aperta da Johannes Kriegler della Università Tecnica di Monaco che ha sottolineato l’importanza della collaborazione internazionale sul campo, a cui sono seguiti gli interventi nell’ambito del monitoraggio. Jens Reiser di Precitec ha illustrato il ruolo fondamentale giocato dal monitoraggio nelle applicazioni di saldatura di batteria con fotodiodi in linea e tomografia a coerenza ottica (OCT), nonché metodi di analisi dei dati ricavabili. Successivamente, Richard Steinbrecht di Lessmüller ha mostrato come la tomografia a coerenza ottica (OCT) può essere adattata in modo flessibile alle applicazioni di saldatura dei connettori e dei pacchi di batteria evidenziando il gran numero di saldature nella produzione automobilistica che necessitano del controllo di qualità inline. Jan Habedank e Wolfgang Lehmann di Raylase hanno successivamente presentato le loro soluzioni di teste di scansione con unità di deflessione dinamiche di pre-focalizzazione per le lavorazioni di batterie e motori elettrici con adattabilità a grandi aree e integrabili con soluzioni di monitoraggio in una linea ottica parallela. A chiudere la sessione tecnica, Luca Porcelluzzi di MKS Instruments ha discusso della necessità di qualificare e monitorare la qualità del raggio nei processi laser di mobilità elettrica utilizzando sensori dedicati per la misura di qualità dei fasci laser. A questo punto si è conclusa la parte online del Workshop, mentre i presenti si sono spostati verso una sessione di brainstorming moderata da Antonio Raspa di EPIC. I quattro argomenti di discussione hanno riguardato i laser nei sistemi di produzione interconnessi, i laser per le celle a combustibile a idrogeno, le innovative combinazioni di materiali di processo laser e uno sguardo sul ruolo dei laser nella produzione, stoccaggio e trasporto dell’energia, nell’imminente futuro. I risultati delle fruttuose discussioni sono elaborati dal moderatore e dal team organizzativo per un futuro articolo più ampio. 

A LaserEMobility spazio a utenti finali e integratori

La seconda giornata di LaserEMobility è stata aperta dal Prof. Ali Gökhan Demir del Politecnico di Milano e responsabile della sezione LaserEMobility di AITeM, che ha lanciato una call aperta ai partner per sviluppare studi di benchmarking e borse di dottorato incentrate sull’apprendimento dei giusti metodi per la valutazione delle numerose soluzioni laser disponibili sul mercato. La seconda giornata è iniziata con la sessione “Utenti finali e prospettive future”. Al dibattito hanno partecipato alcuni tra i nomi più importanti dell’eccellenza automobilistica e motorsport italiana, tutti a conferma del costante e deciso movimento verso l’elettrificazione e dell’importanza accademica nel supportare le soluzioni produttive. Roberto Canè di Ducati ha presentato il prototipo di moto elettrica MotoE V21L confermando la criticità dei processi produttivi utilizzati, compresi quelli basati sul laser, nell’affidabilità in ambiente motoristico. Paolo Faverzani di Ferrari ha illustrato la saldatura laser degli hairpin per la produzione del motore elettrico nei veicoli ibridi e l’importanza di mantenere la produzione all’interno dell’azienda per le auto sportive di fascia alta di prossima generazione. Stefano Mazzetti di Lamborghini ha discusso le sfide dell’elettrificazione sia nella produzione dell’auto che nella stessa generazione dell’energia evoluta attorno al Terzo Millennio. La sessione si è conclusa con la presentazione di Luca Vescovi di Dallara, il quale ha ricordato che nel mondo degli sport motoristici c’è una forte spinta per l’innovazione, sia nell’ambito dei veicoli elettrici che dei veicoli autonomi, sottolineando in particolare come nelle vetture di Formula 1 le parti prodotte per produzione additiva con laser possono superare il 30% del totale.

La mattinata è proseguita con la sessione “Dal processo al sistema”. Davide Chesi di IMA Automation ATOP ha illustrato l’ampia ricerca dell’azienda nel deisolamento laser e nella saldatura laser con particolare attenzione alla standardizzazione interna e agli approcci di monitoraggio per la tracciabilità. In seguito, Giorgio Balugani di Manz ha fornito un’analisi completa dei processi di taglio, trimming e saldatura basati sul laser nella produzione di unità a batteria, mostrando come i processi laser collaborino in linee di produzione integrate. Successivamente, Luca Tomesani di Nextema ha discusso le soluzioni di sistema laser proposte dall’azienda per la prototipazione di celle di batterie con sistemi di monitoraggio integrati. Anisa Kapxhiu di Marposs ha tenuto l’ultima presentazione della mattinata mostrando il test funzionale integrato dei moduli batteria dopo la saldatura laser per valutare le proprietà elettriche prima dell’uso. Il pomeriggio è proseguito con le presentazioni degli integratori, moderate da Prof. Alessandro Ascari dell’Università di Bologna. Davide Spazian di BorgWarner ha presentato i vari componenti dell’auto elettrica, dall’elettronica di potenza all’apparato motopropulsore, nonché le stazioni di ricarica dove i processi di produzione basati sul laser sono ampiamente utilizzati.  Giuliano Ellena di Podium Tech ha poi descritto come l’azienda sviluppi saldatura laser ad alta precisione delle batterie evitando un eccessivo riscaldamento in prossimità del cordone di saldatura e sottolineando l’importanza del collaudo meccanico per i collegamenti elettrici. Andrea Tagliaferri di Augmenta ha chiuso la sessione presentando le soluzioni di saldatura laser robotica con intelligenza artificiale e approcci di progettazione intelligenti per componenti dei veicoli elettrici. Ricerca LaserEMobility è stata l’ultima sessione, dedicata ai contributi accademici delle università organizzatrici con presentazioni di giovani ricercatori. Erica Liverani dell’Università di Bologna, Leonardo Caprio del Politecnico di Milano e Sophie Grabmann dell’Università Tecnica di Monaco hanno mostrato aspetti complementari della ricerca sulle lavorazioni laser descrivendone ogni aspetto dalla concezione del processo, ottimizzazione e monitoraggio, alla sicurezza del laser. L’evento si è concluso con una tavola rotonda che ha coinvolto tutti i relatori. Il messaggio finale è stato quello di ribadire ancora una volta la necessità di collaborare e di espandere le applicazioni laser oltre la batteria e i motori elettrici. I partecipanti hanno confermato il ruolo del mondo accademico nell’unificare la rete e favorire la generazione delle conoscenze tecniche necessarie. LaserEMobility 2022 è stata organizzata con il fondamentale contributo degli sponsor Coherent, ElEn, IPG, Lessmüller, Lumentum, MKS, Optoprim, Precitec e Trumpf, oltre al supporto di Applicazioni Laser ed EPIC.

Laser e mobilità elettrica: appuntamento a Milano nel 2023

L’edizione 2022 ha fornito un feedback importante per dare forma alle edizioni dei prossimi anni. LaserEMobility 2023 si terrà a Milano all’inizio di marzo adottando una nuova formula che integra contributi industriali e accademici in un evento di due giorni. L’evento si muoverà verso la fornitura di dati tecnici e analisi di benchmarking molto richieste dalla comunità. Le successive edizioni circoleranno tra le università partner mantenendo il profilo internazionale della comunità LaserEMobility. Nel frattempo, il comitato organizzativo è sempre disposto ad accogliere nuovi suggerimenti e preziosi contributi per lo sviluppo dei futuri workshop. Le aziende interessate ad entrare a far parte della community e delle sfide di LaserEMobility possono contattare direttamente gli autori dell’articolo. Le presentazioni e le registrazioni del Workshop sono disponibili attraverso il QR code.                   l