চিত্র 1: নলাকার লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি মডিউলগুলির জন্য লেজার ওয়েল্ডিং সেটআপ। (ছবির উৎস: ফোটন অটোমেশন)
নলাকার লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি (যেমন 18650, 21700, এবং বড় 4680 মডেল) পোর্টেবল ইলেকট্রনিক্স, পাওয়ার টুলস, এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম এবং বিশেষ করে বৈদ্যুতিক গাড়িতে তাদের উচ্চ শক্তির ঘনত্ব, মানসম্মত নকশা এবং প্রমাণিত নির্ভরযোগ্যতার কারণে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এই ব্যাটারিগুলি সাধারণত কেসিং উপাদান হিসাবে নিকেল-প্লেটেড স্টিল (হিলুমিন) ব্যবহার করে, কারণ নিকেল আবরণ ক্ষয় প্রতিরোধ করে যখন ইস্পাত সাবস্ট্রেট অভ্যন্তরীণ চাপ এবং যান্ত্রিক চাপ সহ্য করার জন্য কাঠামোগত শক্তি নিশ্চিত করে।
নির্দিষ্ট নকশা এবং কর্মক্ষমতা প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে, কিছু 46 মিমি ব্যাসের নলাকার কোষগুলি অ্যালুমিনিয়াম এবং নিকেল-প্লেটেড স্টিলের মতো বিভিন্ন কেসিং উপাদান নিযুক্ত করে। মডিউল বা ব্যাটারি প্যাক তৈরির সময় একটি গুরুতর চ্যালেঞ্জ হল অ্যালুমিনিয়াম এবং ইস্পাতকে একসঙ্গে ঢালাই করা, তাদের তাপীয় বৈশিষ্ট্য এবং ঢালাই আচরণের উল্লেখযোগ্য পার্থক্যের কারণে।
নলাকার ব্যাটারি মডিউল বা প্যাকগুলি তৈরি করার জন্য একটি নির্দিষ্ট প্যাটার্নে কোষগুলি (ব্যক্তিগত ব্যাটারি ইউনিট) সাজানো এবং অ্যাপ্লিকেশনের ভোল্টেজ এবং বর্তমান প্রয়োজনীয়তা অনুসারে সিরিজ বা সমান্তরালভাবে সংযুক্ত করা জড়িত। এই কনফিগারেশনটি নির্মাতাদেরকে নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনের চাহিদা মেটাতে ব্যাটারি প্যাকের সামগ্রিক শক্তি ক্ষমতা এবং পাওয়ার আউটপুট কাস্টমাইজ করতে দেয়, যেমন বৈদ্যুতিক যানবাহন বা স্থির শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থা। কোষগুলি সাধারণত 0.3-0.6 মিমি পুরুত্বের অ্যালুমিনিয়াম বাসবারগুলির মাধ্যমে আন্তঃসংযুক্ত থাকে, যেগুলি নির্ভরযোগ্য বৈদ্যুতিক সংযোগ অর্জনের জন্য তারপরে লেজার-ঢালাই করা হয় (চিত্র 1 দেখুন)। ব্যাটারি ক্যাসিংয়ের জন্য ব্যবহৃত নিকেল-প্লেটেড স্টিলের সাধারণত 0.4-0.6 মিমি বেধ থাকে, সেল ডিজাইন এবং প্রস্তুতকারকের ব্র্যান্ডের উপর নির্ভর করে।
বৈদ্যুতিক যানবাহনের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, অ্যালুমিনিয়াম বাসবারগুলিকে ব্যাটারি কোষের সাথে সংযুক্ত ঢালাইগুলিকে শক, কম্পন এবং তাপীয় সাইক্লিং সহ গুরুতর গতিশীল পরিস্থিতিতে উচ্চ কাঠামোগত অখণ্ডতা এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা বজায় রাখতে হবে। অতএব, সুনির্দিষ্ট এবং নির্ভরযোগ্য লেজার ঢালাই ব্যাটারির দীর্ঘ- কার্যক্ষমতা এবং নিরাপত্তার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। লেজার ঢালাই ব্যতিক্রমীভাবে ভাল-এই সমাবেশ দৃশ্যের জন্য উপযুক্ত। এটি কম তাপ ইনপুট এবং ন্যূনতম বিকৃতি সহ উচ্চ-শক্তি, পরিষ্কার জয়েন্টগুলি তৈরি করে। অ্যালুমিনিয়াম থেকে নিকেল ধাতুপট্টাবৃত ইস্পাত ঢালাইয়ের অন্তর্নিহিত চ্যালেঞ্জগুলি অতিক্রম করার জন্য এই বৈশিষ্ট্যগুলি গুরুত্বপূর্ণ৷
ভঙ্গুর আন্তঃধাতু যৌগ গঠন (IMCs)
ঢালাইয়ের সময় প্রাথমিক চ্যালেঞ্জ হল ভঙ্গুর আন্তঃধাতু যৌগ (IMCs) গঠন করা, যা যৌথ শক্তি এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। এই সমস্যাটি অ্যালুমিনিয়াম এবং ইস্পাতের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য থেকে উদ্ভূত হয়, বিশেষ করে তাদের ভিন্ন ভিন্ন তাপীয় প্রতিক্রিয়া: অ্যালুমিনিয়াম ইস্পাতের চেয়ে দ্রুত গলে এবং প্রসারিত হয়, তাপীয় চাপ তৈরি করে যা ঢালাইয়ের সময় IMC বৃদ্ধিকে উৎসাহিত করে। এই আইএমসিগুলি-যেমন আয়রন-অ্যালুমিনিয়াম যৌগগুলি FeAl₃ এবং Fe₂Al₅-সাধারণত ভঙ্গুর টেক্সচারগুলি প্রদর্শন করে যা জয়েন্টের শক্তিকে দুর্বল করে, যার ফলে ফাটল শুরু হয়, শক্তি হ্রাস পায় এবং ক্ষয় হওয়ার সংবেদনশীলতা বৃদ্ধি পায়।
ঢালাইয়ের সময় IMC-এর গঠন এবং মোট আয়তন ওয়েল্ডের গুণমান এবং দীর্ঘ-কর্মক্ষমতাকে সমালোচনামূলকভাবে প্রভাবিত করে। IMC ভলিউম বাড়ার সাথে সাথে জয়েন্টের ভঙ্গুরতা তীব্র হয়, যান্ত্রিক শক্তি হ্রাস পায়, এবং চাপ-জনিত ব্যর্থতার সম্ভাবনা বেড়ে যায়। গভীর ঢালাই অনুপ্রবেশ সাধারণত মোট IMC ভলিউম বৃদ্ধি করে, উচ্চ জয়েন্টের শক্তি, নির্ভরযোগ্যতা এবং স্থায়িত্ব নিশ্চিত করতে সুনির্দিষ্ট ঢালাই পরামিতি নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজনীয়তাকে আন্ডারস্কোর করে।
বিস্তৃত গবেষণা ইঙ্গিত করে যে একটি পাতলা, অভিন্ন IMC স্তর (সাধারণত 2 µm থেকে 10 µm) বজায় রাখলে উচ্চ প্রসার্য শিয়ার শক্তি পাওয়া যায়। এই পাতলা স্তরগুলি জয়েন্টের ভঙ্গুরতা কমিয়ে কার্যকর ধাতব বন্ধন সক্ষম করে। যাইহোক, যখন IMC স্তরটি বেধে 15 µm অতিক্রম করে, তখন এর ভঙ্গুরতা প্রায়শই চাপের সূচনা এবং লোডের অধীনে প্রচারের সংবেদনশীলতার কারণে প্রসার্য শক্তি হ্রাস করে (চিত্র 2 দেখুন)।
চিত্র 2: প্রসার্য শক্তির উপর IMC স্তর পুরুত্বের প্রভাব। (ছবির উৎস: H. He et al.) [1]
এই সমস্যাটি মোকাবেলা করার জন্য, একটি আরও কার্যকর পদ্ধতি হল ঢালাই ইন্টারফেস এলাকা বৃদ্ধি করা, শুধুমাত্র অধিকতর অনুপ্রবেশ গভীরতার উপর নির্ভর না করে। সামগ্রিক IMC ভলিউম সীমিত করার সময় ইন্টারফেস এলাকা প্রসারিত করা ধাতুবিদ্যা বন্ধন বাড়ায়। এটি ভঙ্গুরতা হ্রাস করে এবং জয়েন্টে আরও অভিন্ন স্ট্রেস বিতরণকে প্রচার করে, যার ফলে নির্ভরযোগ্যতা উন্নত হয়। আইএমসি বৃদ্ধি কমিয়ে তাপ ইনপুট এবং ইন্টারফেস গঠনকে সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে বিম স্ক্যানিং প্রযুক্তির সাথে লেজার ডালগুলিকে একত্রিত করে এই প্রভাবটি অর্জন করা যেতে পারে।
ফোটন অটোমেশন উন্নত পালস এবং পাওয়ার কন্ট্রোলার তৈরি করেছে যা লেজারের উপর মাইক্রোসেকেন্ড-স্তরের নির্ভুলতা নিয়ন্ত্রণ করতে সক্ষম, কাস্টমাইজড পালস শেপিং সক্ষম করে৷ সূক্ষ্ম-নাড়ির আকৃতি টিউন করার মাধ্যমে, স্থানীয় তাপীয় চাপ হ্রাস করা হয়, উপাদানের আদর্শ যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি সংরক্ষিত হয়, তাপ-প্রভাবিত অঞ্চল (HAZ) ন্যূনতম হয়, এবং আংশিক আয়ুষ্কাল বাড়ানো হয়। কোম্পানির ওয়ান্ডারবোর্ড গ্যালভো মিরর কন্ট্রোলারের সাথেও ইন্টারফেস করে, যা ওয়ার্কপিস জুড়ে লেজার শক্তির অভিন্ন বন্টন সক্ষম করে। এটি হট স্পট এবং দ্রুত মরীচি চলাচলের কারণে অসম গরম হওয়া প্রতিরোধ করে।
আইএমসি গঠনের জন্য লেজার পালস এবং বিম দোলন নিয়ন্ত্রণ
স্পন্দিত লেজারগুলি উচ্চতর তাপীয় ইনপুট নিয়ন্ত্রণ অফার করে, অতিরিক্ত-গলে যাওয়ার বা ছিটকে যাওয়ার ঝুঁকি কমায়৷ ডালগুলির মধ্যে শীতল ব্যবধানগুলি তাপ সঞ্চয়কে কমিয়ে দেয়, যা বার্ন-এর মাধ্যমে বা বিকৃতির মতো ত্রুটিগুলি প্রতিরোধ করতে সহায়তা করে। পাতলা-বস্তু ঢালাই বা ভিন্ন ধাতব যোগদানের জন্য (যেমন, অ্যালুমিনিয়াম-থেকে-স্টিল), স্পন্দিত প্রযুক্তিও গলিত পুলের স্থায়িত্ব বাড়ায়।
গ্যালভানোমিটারের মাধ্যমে ওয়েল্ড জোন জুড়ে লেজার রশ্মির গতিশীল স্ক্যানিং অভিন্ন শক্তি বিতরণ নিশ্চিত করে। এটি প্রান্তের প্রভাব (অতিরিক্ত অনুপ্রবেশ, আন্ডারকাট, বা ঢালাই পথের শুরু/শেষে দীর্ঘস্থায়ী থাকার কারণে হট স্পট) প্রতিরোধ করে। দোলন প্রযুক্তি যৌথ যান্ত্রিক শক্তি এবং অভিন্নতা বাড়াতে কাস্টমাইজড ওয়েল্ড প্রোফাইল (যেমন, বৃত্তাকার, হেলিকাল, বা করাত টুথ) সক্ষম করে।
স্পন্দন এবং দোলনের সংমিশ্রণ একটি অত্যন্ত নিয়ন্ত্রিত ঢালাই পরিবেশ তৈরি করে যা তাপীয় গ্রেডিয়েন্টগুলিকে ন্যূনতম করে, ধাতব বন্ধনকে অপ্টিমাইজ করে এবং আরও অভিন্ন স্ট্রেস বিতরণ নিশ্চিত করে। এই পদ্ধতিটি ব্যাটারি তৈরিতে বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ, সংবেদনশীল উপাদানগুলি বা উত্তাপযুক্ত অঞ্চলগুলিকে ক্ষতিকারক এড়াতে সুনির্দিষ্ট শক্তি নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করে৷
দ্বিতীয় চ্যালেঞ্জের মধ্যে রয়েছে সুনির্দিষ্ট ওয়েল্ড সীম পজিশনিং এবং ধারাবাহিক ঢালাই গুণমান অর্জন করা।
নলাকার কোষের নকশায়, ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক উভয় ইলেক্ট্রোড উপরের পৃষ্ঠে থাকে-কেন্দ্রীয় ইলেক্ট্রোড ক্যাপটি ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড হিসাবে কাজ করে, যখন পার্শ্ববর্তী কুণ্ডলী অঞ্চল নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড হিসাবে কাজ করে। এই লেআউটটি উপলব্ধ ঢালাই এলাকাকে সীমাবদ্ধ করে, লেজার অবস্থানে চরম নির্ভুলতার দাবি করে। এমনকি ছোটখাটো মিসলাইনমেন্টের ফলে অপর্যাপ্ত ঢালাই শক্তি, অভ্যন্তরীণ ক্ষতি বা শর্ট সার্কিট হতে পারে, যার সবগুলিই কোষের ব্যর্থতার ঝুঁকি বাড়ায় এবং গুরুতর ক্ষেত্রে তাপীয় পলাতক ট্রিগার করতে পারে।
সমাবেশের সময়, এই ব্যাটারি মডিউলগুলিতে সাধারণত শত শত নিবিড়ভাবে প্যাক করা কোষ থাকে। উত্পাদন সহনশীলতা বা পরিচালনার কারণে কোষের উচ্চতার সামান্য তারতম্যের ফলে বাসবার বা ওয়েল্ডিং টুল এবং কোষগুলির মধ্যে অসম যোগাযোগ হতে পারে। যদি সঠিকভাবে সমাধান না করা হয়, তাহলে এই অসামঞ্জস্যপূর্ণ যোগাযোগের ফলে ঢালাইয়ের গুণমান ওঠানামা, দুর্বল বৈদ্যুতিক সংযোগ এবং দীর্ঘ- কার্যক্ষমতা সংক্রান্ত সমস্যা দেখা দেয়।
এই চ্যালেঞ্জগুলি অতিক্রম করতে, নির্মাতারা দুটি মূল সিস্টেমের উপর নির্ভর করে: দৃষ্টি সিস্টেম এবং অপটিক্যাল কোহেরেন্স টমোগ্রাফি (ওসিটি)।
দৃষ্টি সিস্টেম প্রতিটি নলাকার কোষের ইতিবাচক টার্মিনাল (সেন্টার ক্যাপ) এবং নেতিবাচক টার্মিনাল (বাহ্যিক রিং/প্রান্ত) সনাক্ত করে এবং সনাক্ত করে। অতিরিক্তভাবে, ভিশন সিস্টেমগুলি সেল-থেকে-কোষের বৈচিত্র/সহনশীলতা এবং ফিক্সচার অ্যালাইনমেন্ট বিচ্যুতিগুলির জন্য ক্ষতিপূরণ দেয়, লেজার রশ্মিকে সঠিক ঢালাই অবস্থানে নির্দেশ করে যখন অন্তরণ স্তর বা প্রান্ত অঞ্চলগুলির সাথে যোগাযোগ এড়িয়ে যায়। এটি শত শত কোষ ধারণকারী মডিউল জুড়ে সুসংগত, উচ্চ-নির্ভুলতা ঢালাই সক্ষম করে।
ওসিটি সামান্য উচ্চতার তারতম্য সনাক্ত করতে ঢালাই করার আগে প্রতিটি কক্ষের উচ্চতা পরিমাপ করে। এটি বৈদ্যুতিকভাবে চালিত কোলিমেটিং লেন্সের মাধ্যমে লেজারের ফোকাস অবস্থানকে গতিশীলভাবে সামঞ্জস্য করে, লেজারটি সুনির্দিষ্ট ওয়েল্ড প্লেনে ধারাবাহিকভাবে ফোকাস করে তা নিশ্চিত করে। এটি স্বয়ংক্রিয় উত্পাদন পরিবেশে ঢালাই গুণমান এবং নির্ভরযোগ্যতা বাড়ায় যেখানে একটি ব্যাটারি মডিউলের মধ্যে কোষগুলির মধ্যে ছোট উচ্চতার তারতম্য থাকতে পারে।
ওয়েল্ডিং প্রসেস মনিটরিং এবং ডেটা অধিগ্রহণ: এআই এর ভিত্তি
একটি লেজার ওয়েল্ডিং মনিটরিং (LWM) সিস্টেম বাস্তবায়ন করা AI-চালিত প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ অর্জনের দিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ। লেজার-বস্তুর মিথস্ক্রিয়া চলাকালীন, শক্তি একাধিক আকারে নির্গত হয়: প্লাজমা বিকিরণ (আল্ট্রাভায়োলেট তরঙ্গদৈর্ঘ্য), তাপীয় বিকিরণ (ইনফ্রারেড তরঙ্গদৈর্ঘ্য), পিছনের প্রতিফলন (লেজারের প্রকৃত তরঙ্গদৈর্ঘ্য), এবং লেজারের শক্তি অপটিক্যাল উপাদানগুলির মাধ্যমে প্রেরণ করা হয়। এই সংকেত প্রতিটি ঢালাই প্রক্রিয়া পরামিতি সম্পর্কে মূল্যবান তথ্য রয়েছে.
ফটোডিওড-ভিত্তিক সেন্সরগুলি রিয়েল টাইমে এই বিকিরণ তথ্য ক্যাপচার করে এবং উচ্চ-মানের ঢালাইয়ের জন্য রেফারেন্স ডেটার সাথে তুলনা করে। এই ক্রমাগত ডেটা অধিগ্রহণ ত্রুটিগুলি সনাক্ত করতে সাহায্য করে যেমন ফিউশনের অভাব, মিস ওয়েল্ডস, বা অসামঞ্জস্যপূর্ণ অনুপ্রবেশ গভীরতা। সময়ের সাথে সাথে, উচ্চ- রেজোলিউশন প্রক্রিয়া ডেটার সংগ্রহ এআই মডেলের প্রশিক্ষণের ভিত্তি প্রদান করে। এই মডেলগুলি প্যাটার্ন সনাক্ত করতে পারে, ব্যর্থতার পূর্বাভাস দিতে পারে এবং ঢালাই প্রক্রিয়ার বন্ধ-লুপ অপ্টিমাইজেশান সক্ষম করতে পারে।
ঢালাই মানের জন্য প্রক্রিয়া উন্নয়ন বৈধতা
নলাকার লিথিয়াম{0}}আয়ন ব্যাটারির লেজার ওয়েল্ডিংয়ে, অভ্যন্তরীণ ঢালাইগুলির অখণ্ডতা নিশ্চিত করা ব্যাটারির নিরাপত্তা এবং কর্মক্ষমতা রক্ষার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। ঢালাইয়ের সময়, উপরের পৃষ্ঠের নীচে যে কোনও প্লাস্টিক বা রাবার সামগ্রী রক্ষা করার জন্য বিশেষ মনোযোগ দিতে হবে: অত্যধিক তাপ ইনপুট, অনুপযুক্ত লেজার প্যারামিটার বা অত্যধিক অনুপ্রবেশ গভীরতা অন্তর্নিহিত অন্তরণ স্তর বা প্লাস্টিক/রাবার কাঠামোগত উপাদানগুলিকে ক্ষতি করতে পারে, যার ফলে শর্ট সার্কিট, ফুটো, যান্ত্রিক ব্যর্থতা বা তাপীয় রানওয়ে হয়।
চিত্র 3: 3D-CT চিত্রটি ঢালাই অনুপ্রবেশের বিবরণ দেখাচ্ছে। (ছবির উৎস: ফোটন অটোমেশন)
কম্পিউটেড টমোগ্রাফি (CT) ঢালাই জয়েন্টগুলির অ-ধ্বংসাত্মক, উচ্চ-রেজোলিউশন পরিদর্শন করতে সক্ষম করে, 2D এবং 3D ডেটা প্রদান করে যা অভ্যন্তরীণ জোড় ত্রুটিগুলি যেমন পোরোসিটি, ওয়েল্ড ইন্টারফেসে অসম অনুপ্রবেশ, বা অপর্যাপ্ত অনুপ্রবেশ (চিত্র 3 দেখুন) প্রকাশ করে। এই 3D CT ডেটা ঢালাইয়ের গুণমান যাচাই করে এবং অনুপ্রবেশ সিলিং বা ইনসুলেটিং উপকরণে পৌঁছায় কিনা তা সনাক্ত করে প্রক্রিয়া বিকাশকে সমর্থন করে, যার ফলে ঢালাইয়ের সময় এই জাতীয় সমস্যাগুলি আরও ভালভাবে প্রতিরোধ করা যায়।
