Cómo las cintas PSA optimizan la producción de baterías
Patrocinado por Avery Dennison Performance Tapes.
Las cintas pueden simplificar procesos complejos, apoyar el ensamblaje robótico, reducir los desechos y mucho más.
Por Max VanRaaphorst
A nivel mundial, ya hay más de 60 millones de vehículos eléctricos en circulación. Es una cifra que podría haber parecido inimaginable hace solo unos años. Esto pone de manifiesto cómo los fabricantes de vehículos eléctricos han pasado de tener que demostrar únicamente su viabilidad a tener ahora que demostrar su fabricabilidad: la capacidad de escalar rápidamente mientras se maximiza la calidad, la seguridad y las ganancias.
Lo mismo ocurre con las baterías para vehículos eléctricos y la movilidad eléctrica. Aunque la tecnología sigue evolucionando, el camino hacia su comercialización pasa ahora por la fabricación. Los proveedores exitosos serán aquellos que puedan optimizar sus procesos de producción, automatizar eficazmente y fabricar productos de alta calidad a bajo costo.
Ese camino puede parecer abrumador. Pero existen estrategias disponibles que pueden mejorar la calidad y el rendimiento. Una de esas estrategias es la selección de materiales, en particular para las cintas adhesivas sensibles a la presión (PSA).
¿Qué ofrecen las cintas PSA para el diseño de baterías?
Las cintas PSA son una tecnología madura, sofisticada y diversa que se utiliza en una amplia gama de industrias, incluidas la automotriz y el transporte. Dependiendo de su configuración, una cinta puede contener uno o dos adhesivos que se unen al sustrato al aplicarse una ligera presión, una capa superficial que proporciona estabilidad dimensional y otras propiedades, y un revestimiento interno que protege el adhesivo hasta su aplicación.
Estas cintas versátiles pueden adaptarse fácilmente a espacios reducidos al mismo tiempo que ayudan a limitar la masa total del paquete. Ofrecen una aplicación limpia y reproducible, y suelen ser compatibles con procesos de producción automatizados.
Desde el punto de vista de la fabricación, tales ventajas pueden hacer que las cintas PSA sean una alternativa mejor a los adhesivos líquidos, que requieren tiempo de curado y presentan variaciones en su aplicación; así como a los elementos de fijación mecánicos, que aumentan el número y la masa de las piezas.
Las cintas PSA también pueden personalizarse para ofrecer propiedades que van más allá de una simple unión. Algunos ejemplos: las carcasas de película aislante eléctricamente pueden mejorar la protección dieléctrica del sistema.
Las cintas combinadas con materiales aislantes contra llamas, como la mica, pueden mejorar la protección térmica. Las cintas laminadas sobre carcasas de espuma gruesa pueden proporcionar absorción de impactos para componentes delicados.
Las cintas PSA como solución de diseño para la fabricabilidad
Es importante destacar que las cintas PSA pueden personalizarse no solo según el uso final, sino también para abordar desafíos específicos del propio proceso de fabricación. Esa es la esencia del DFM.
La realidad es que la fabricación de baterías es extremadamente compleja en varios niveles. La producción de celdas, módulos y paquetes implica diferentes sustratos, tolerancias estrictas y ensamblajes en capas, además de requisitos relacionados con la gestión eléctrica y térmica. Los pasos de producción ineficientes y los daños en los componentes frágiles de las baterías representan problemas significativos, y pueden ocurrir con frecuencia en los fabricantes que utilizan métodos tradicionales de unión y ensamblaje.
Cómo las cintas PSA resuelven estos problemas y optimizan la producción de baterías
Aquí entran en juego las cintas PSA. Estos son solo algunos de los modos en que esta solución DFM puede ayudar a optimizar la producción de baterías.
Las cintas PSA reducen los pasos del proceso, los costos de la línea de producción y su complejidad
El uso de cintas PSA elimina algunos de los pasos que requieren mucho tiempo y esfuerzo, asociados a los métodos tradicionales de unión y fijación. Como se mencionó anteriormente, estas cintas no necesitan tiempo de curado. Una vez adheridas, la pieza puede pasar inmediatamente al siguiente paso del proceso de producción. Esto ahorra tiempo y elimina la necesidad de equipos como hornos de curado, lo que ayuda a gestionar el CAPEX.
Avery Dennison Volt ToughTM Stretch de próxima generación es un excelente ejemplo de estos beneficios.
El producto es una solución de aislamiento dieléctrico basada en cinta PSA, diseñada para adherirse a piezas metálicas planas. Dichas piezas pueden luego ser cortadas y estampadas en las formas necesarias para el diseño del componente de la batería. La “estirablez” incorporada en la cinta evita que la barrera dieléctrica se rompa o agriete durante esos procesos.
Las estrategias dieléctricas tradicionales, como el recubrimiento en polvo, pueden añadir complejidad y costos al proceso de producción, ya sea que se realice internamente o mediante subcontratación. Al ser una cinta PSA, la versión de última generación Volt Tough Stretch puede aplicarse más fácilmente de forma directa, manual o por robots, lo que facilita la simplicidad y ahorra costos.
Las cintas PSA facilitan la automatización y la aplicación por robots
Al utilizar construcciones de cinta adaptadas a su aplicación y métodos de automatización, los fabricantes de movilidad eléctrica pueden diseñar procesos automatizados eficientes y efectivos. Las cintas PSA permiten diversas estrategias de automatización, como la colocación de piezas troqueladas, la eliminación y aplicación de revestimientos en una sola pasada, y la laminación de grandes componentes como placas de enfriamiento.
Dado que la unión con cinta PSA ocurre de inmediato al entrar en contacto con un sustrato, es menos probable que los componentes se desplacen durante su transferencia entre estaciones. Esto es especialmente importante en los ensamblajes de baterías en capas, donde la desalineación puede causar problemas de distancia eléctrica, interfaces térmicas irregulares y fallos en el ensamblaje posterior.
La estabilidad dimensional es otra ventaja de las cintas PSA aplicadas por robots. Los soportes basados en película, como el PET, resisten la estiramiento durante su manipulación y colocación por robots, lo que mejora la precisión de posición a altas velocidades de aplicación. En aquellos casos en que los ensamblajes requieren conformidad en los bordes o superficies irregulares, se pueden utilizar soportes no tejidos o de espuma para equilibrar la flexibilidad con la compatibilidad con la automatización.
Para los fabricantes de baterías centrados en la escala, las cintas PSA diseñadas para su aplicación por robots pueden ayudar a estabilizar las líneas de producción, mejorar el rendimiento y aumentar la eficacia general del equipo.
Las cintas PSA ayudan a controlar las tasas de desecho y a promover la calidad
Muchos materiales utilizados en baterías son delicados y difíciles de manipular, lo que los hace especialmente vulnerables a daños durante el ensamblaje a alta velocidad. Las cintas PSA se pueden personalizar para ayudar a los fabricantes de baterías a reducir la contribución de estos materiales a las tasas de desperdicio y desecho.
Un desafío común surge durante la eliminación de los revestimientos. Materiales como la mica o el papel cerámico pueden romperse, delaminarse o fracturarse si se someten a estrés y fuerzas excesivas.
Las construcciones de cinta PSA que combinan revestimientos de liberación controlada con sistemas adhesivos adecuadamente equilibrados reducen la tensión mecánica que se ejerce sobre estos materiales durante su eliminación automática o semiautomática. Esto hace que lleguen a los procesos posteriores menos piezas dañadas.
Manufactureros como Avery Dennison pueden ajustar con precisión la fuerza necesaria para eliminar los revestimientos mediante métodos como controlar la fórmula de liberación (baja, media o alta) y/o aplicar el adhesivo de forma zonal.
Además, las cintas pueden diseñarse para ser compatibles con sistemas de visión a fin de respaldar las verificaciones de calidad en línea. Los revestimientos impresos o los sistemas adhesivos pigmentados permiten que el equipo automatizado verifique la presencia y colocación de las piezas antes de que la ensamblaje avance más. Identificar defectos tempranamente permite eliminar las piezas que no cumplen con los requisitos antes de agregarles valor, reduciendo así el costo total de las piezas defectuosas.
A gran escala, tales mejoras incrementales se acumulan. Al reducir los daños por manipulación, la desalineación y los defectos en etapas avanzadas, las cintas PSA optimizadas para la fabricación de baterías ayudan a mejorar el rendimiento general al mismo tiempo que disminuyen los costos de producción.
Diseño de soluciones DFM basadas en cintas PSA para su línea de producción
Un primer paso lógico para crear soluciones con cinta PSA que satisfagan sus necesidades de fabricación es encontrar colaboradores que puedan aportar conocimientos y capacidades que quizás no tenga en su propia empresa. La industria cuenta con diversos fabricantes de cinta PSA que pueden desempeñar este papel.
Algunas preguntas a considerar al evaluar a los fabricantes de cinta:
¿El fabricante cuenta con experiencia y conocimientos especializados en la industria de las baterías?
¿El fabricante dispone de capacidades de I+D para desarrollar las soluciones que necesito?
¿El fabricante tiene el interés empresarial para desarrollar soluciones personalizadas? (No todos lo tienen.)
¿El fabricante tiene acceso a una red de empresas adicionales, como convertidores de cinta y fabricantes de materiales funcionales, que puedan ser cruciales para mi éxito?
¿El fabricante de cinta brinda soporte continuo?
Lo ideal es que esta relación comience temprano, en la fase de diseño del producto. Esto permite al fabricante de cintas tener la mayor influencia posible para desarrollar soluciones adecuadas a su proceso de fabricación.
Nuestra empresa, Avery Dennison, colabora con fabricantes originales y proveedores para adaptar soluciones basadas en cintas PSA a diseños específicos de celdas, módulos y embalajes. Ofrecemos una amplia gama de soluciones con cintas PSA para la industria de baterías de movilidad eléctrica, y nuestro portafolio cuenta con el respaldo de sólidas capacidades de I+D.
Acerca del autor
Max VanRaaphorst es gerente de mercado para almacenamiento de energía en Avery Dennison Materials Group North America. Con una década de experiencia técnica, comercial y de marketing en el sector de adhesivos y cintas, Max se esfuerza por ayudar a los fabricantes originales y proveedores a abordar los desafíos de diseño, fabricación y rendimiento en el segmento del almacenamiento de energía, que evoluciona rápidamente.
Contáctese con Max a través de LinkedIn
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