레이저를 활용하여 EV 생산을 위한 고속 버스바 박리 수행

자동차 제조업체들이 전기 자동차(EV) 양산을 위한 준비 작업에 돌입함에 따라, EV 생산 방식의 모든 측면에 대한 재검토 및 개선이 이루어지고 있습니다. 물론 최종 목표는 비용을 낮추는 동시에 차량의 신뢰성과 성능을 향상시키는 것입니다.

EV의 중요한 부분 중 하나가 자동차 전체에 전력을 분배하는 전기 전도성 케이블인데, 이것을 버스바라고 합니다. 전달해야 하는 전류의 양으로 인해 버스바는 일반 전선과는 상당한 차이가 있습니다. 절연체로 감싸져 있는, 두꺼운 리본 모양의 금속 도체로, 보통 너비 12mm x 두께 3mm 정도 되는 케이블입니다. 금속 자체는 구리가 대부분이며, 알루미늄인 경우도 있습니다. 절연체는 플라스틱 소재(일반적으로 폴리아미드 PA12)로 이루어집니다.

절연체로 감싸진 버스바는 전통적인 전선과 마찬가지로 길게 스풀에 감긴 상태로 공급되는 경우가 많습니다. 때문에 자동차 제조업체는 필요한 길이만큼 잘라 원하는 모양으로 구부려서 사용하게 됩니다. 이러한 모양은 필요한 위치에 전원을 공급하기 위해 자동차 내부의 수많은 부품과 구조를 둘러가야 하기 때문에 매우 복잡할 수 있습니다.

그리고 생산 단계의 특정 시점이 되면 버스바의 양쪽 끝에서 일부 절연체를 제거(박리)해야 합니다. 이렇게 해야 버스바를 다른 부품에 전기적으로 연결할 수 있습니다. 자동차 제조업체에는 이 프로세스에 대한 몇 가지 요구 사항이 있습니다.

첫째, 생산에 병목 현상이 초래되지 않고 비용 효율을 유지하기 위해 절연체 박리가 빠르게 이루어져야 한다는 점입니다. 즉, 약 25mm 정도의 절연체를 몇 초 내에 제거할 수 있어야 합니다.

둘째, 절연체를 완전히 제거해야 합니다. 박리한 부분에 절연체가 조금이라도 남아 있으면 전기 연결을 방해하여 전력 낭비(즉, 차량 효율 저하)로 이어질 수 있기 때문입니다. 또한 버스바의 끝은 다른 도체 또는 배터리에 용접되는 경우도 꽤 있는데, 도체 표면에 플라스틱이 남아 있으면 용접이 제대로 되지 않아 전기적 및 기계적 특성을 저하시킵니다.

마지막으로 박리로 인해 도체가 손상되어서는 안 됩니다. 도체가 손상되면 기계적 강도를 감소시켜 장애점이 발생할 수 있기 때문입니다.

이러한 모든 이유 때문에 블레이드나 스크레이퍼와 같은 기계적 방법을 사용하여 절연체를 제거하는 것은 거의 불가능합니다. 또한, 블레이드를 사용하여 곡면이나 특이한 형태의 표면에 붙어 있는 절연체를 제거하는 것도 매우 어렵습니다.

레이저 버스바 박리의 부상

이러한 요구 사항을 고려해 볼 때 레이저는 버스바 절연체 제거를 위한 훌륭한 도구가 됩니다. 레이저 공정이 완전히 비접촉식으로 이루어지며 곡선 부품에도 사용할 수 있도록 간단히 구성할 수 있기 때문입니다. 이러한 특성 덕분에 레이저 가공은 빠르고 유연합니다.

이 작업에는 특히 CO₂ 레이저가 이상적입니다. CO₂ 레이저는 원적외선을 생성하기 때문입니다. 원적외선은 절연체로 사용되는 대부분의 플라스틱에 매우 강하게 흡수되지만 구리에 대해서는 반사율이 높습니다.

따라서 레이저 광이 절연체를 빠르게 증발시키지만 도체에 도달하게 되면 박리가 자동으로 중지됩니다(구리는 레이저 광을 흡수하지 않고 반사하기 때문). 따라서 구리에는 전혀 손상이 없으면서 절연체만을 쉽게 제거할 수 있습니다.

생산에 활용되는 레이저 버스바 박리

실제로 절연체 박리를 수행하기 위해 레이저 빔은 버스바의 작은 지점에 에너지를 집중시킵니다. 이 집중 빔은 절연체를 제거해야 하는 전체 영역을 덮기 위해 앞뒤로 빠르게 스캔됩니다.

생산 환경에서 이 방법을 구현할 때 실질적으로 고려해야 하는 중요한 사항이 몇 가지 있습니다. 예를 들어, 필요한 프로세스 처리량을 확보하기 위해 두 대의 레이저가 사용됩니다. 각 레이저는 버스바의 한쪽에서 절연체 박리를 시작합니다. 즉, 도면의 아래쪽에서 두 번째 레이저가 나오게 됩니다. 또 이렇게 하면 두 번째 면을 처리하기 위해 부품을 뒤집어야 하는 복잡성을 제거합니다.

또한 레이저 빔이 버스바에 직각으로 닿도록 하는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 해야 하는 이유는 크게 두 가지가 있습니다. 첫째, 레이저 광선이 반사되어 빔 전달 시스템을 손상시킬 가능성을 방지합니다. 둘째, 레이저가 버스바의 상단과 가장자리 모두에서 절연체를 한번에 제거할 수 있습니다(각진 레이저 빔이 버스바의 측면을 “볼” 수 있기 때문).

버스바 시스템은 버스바 박리를 위한 완벽한 솔루션입니다. 여기에는 두 개의 PowerLine C 하위 시스템과 모든 관련 스캐닝 및 빔 전달 광학 장치 외에 필요한 모든 제어 전자 장치 및 소프트웨어도 포함됩니다.

PowerLine C는 폭 6mm 버스바의 양쪽에서 길이 30mm, 두께 0.5mm의 폴리아미드를 약 6초 만에 제거할 수 있습니다. 특히, 도체 손상 없이 절연 제거가 완료되므로 고수율 공정을 구현합니다.

버스바 박리 시스템은 인라인 버전과 독립 실행형 버전의 두 가지 중에서 이용할 수 있습니다. 인라인 시스템은 버스바 리본을 연속적으로 공급하는 스풀 공급 메커니즘과 통합됩니다. 레이저는 절단 및 최종 굽힘 작업 전에 절연체를 제거합니다. PowerLine C는 버스바 동작을 늦추거나 중지하지 않고 박리가 이루어지는, “즉석” 박리도 지원합니다. 독립 실행형 버전에서는 로봇 팔이 미리 절단 및 벤딩된 버스바를 시스템 안으로 집어 넣은 후 레이저로 벗겨냅니다.

고속 고효율 버스바 박리의 실제 작동 모습을 확인해 보십시오.