作為國內(nèi)領(lǐng)先的微細(xì)精密激光刻蝕設(shè)備制造商，元祿光電參與了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“增材制造與激光制造”重點(diǎn)專項(xiàng)2024年度項(xiàng)目，牽頭承擔(dān)的“石墨雙極板激光圖形化精密制造技術(shù)應(yīng)用（2024YFB4610400) ”項(xiàng)目成功立項(xiàng)。

元祿光電一直專注于高品質(zhì)激光刻蝕裝備研發(fā)，在新能源核心器材激光加工領(lǐng)域優(yōu)勢突出。此次牽頭與華中科技大學(xué)合作，共同承擔(dān)“石墨雙極板激光圖形化精密制造技術(shù)應(yīng)用”項(xiàng)目。兩家單位一直在激光加工領(lǐng)域合作緊密，共同攻克了諸多激光加工難題。參研成員專業(yè)背景涵蓋本項(xiàng)目所需要的光、機(jī)、電、材等各個(gè)方向，特別在激光加工領(lǐng)域具有深厚的理論背景和實(shí)際工程研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

項(xiàng)目背景

隨著我國“3060”雙碳目標(biāo)的快速推進(jìn),氫能源在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展中扮演著日益重要的角色。石墨材料因?qū)щ娦院�、耐腐蝕性好、比重小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，成為氫燃料電池和氫儲能裝備核心部件--雙極板的首選材料。降低雙極板厚度和在表面加工高深寬比細(xì)密流道是提高氫能功率密度的必要條件。然而，由于機(jī)械強(qiáng)度低，石墨雙極板的高深寬比細(xì)密流道加工一直面臨技術(shù)瓶頸:傳統(tǒng)的機(jī)加工和模壓成形存在材料易崩裂、應(yīng)力分布不均、良品率不高等，難以實(shí)現(xiàn)流道寬度小于 0.4mm 及厚度小于 1.4mm 的石墨雙極板加工，因此亟需加工新方法。脈沖激光加工因無接觸、制造精度和空間分辨率高、效率高、自由度大、不產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力等特點(diǎn)，被認(rèn)為是高效高質(zhì)量制造石墨雙極板圖形化細(xì)密流道的最有前景的新方法，極具應(yīng)用潛力。但微秒激光加工精度不高、超快激光由于等離子體屏蔽及納米顆粒聚集效應(yīng)導(dǎo)致槽底部平整度差且效率低，納秒激光加工兼具效率和精度高的優(yōu)勢，但是目前大幅面加工尚存在加工精度特別是槽底部平整度與效率難以兼顧、復(fù)雜圖形拼接精度不高、熱應(yīng)力大，亟需開展專用的大幅面高效率高精度石墨雙極板激光圖形化加工技術(shù)及裝備研發(fā)。

技術(shù)突破

本項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出采用五光束納秒脈沖光纖激光器并行加工提高加工效率，研發(fā)工程化的大幅面高效率石墨雙極板激光圖形化技術(shù)和裝備，實(shí)現(xiàn)石墨復(fù)合材料細(xì)密流道的高精高效低成本加工。

項(xiàng)目通過研究復(fù)雜圖案流道高效率、高質(zhì)量、低成本的石墨雙極板激光圖形化精密制造裝備，促進(jìn)氫能源的快速發(fā)展。

行業(yè)影響

項(xiàng)目將達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo):最大加工幅面 520mm*420m，圖形拼接精度優(yōu)于).01mm，槽底部平整度士0.005mm(以 200mm*200mm 參考)，相比傳統(tǒng) CNC 工藝制造成本降低 30%,平均無故障運(yùn)行時(shí)間>1000 小時(shí),并在能源動力行業(yè)實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用。項(xiàng)目的研發(fā)成功，可以豐富激光與顆粒類復(fù)合材料相互作用理論，相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)還可為其他大幅面高精度圖形化激光制造提供技術(shù)支撐。