27/03/2023
Door Ad Spijkers
Onderzoekers in Bayreuth ontwikkelden een robotbesturing om componenten uit oxide-keramische vezelcomposieten automatisch te produceren.
Componenten van keramische vezelcomposietmaterialen worden gekenmerkt door hun bestandheid tegen hoge bedrijfstemperaturen en plotselinge temperatuurschommelingen. Het automatiseren van een vezelspuitproces voor de productie van oxide-keramische vezelcomposietmaterialen en het proces tegelijkertijd flexibel maken, is het doel van een nieuw informatica- en engineeringproject aan Universität Bayreuth. Intuïtieve robotprogrammering moet bedrijven in staat stellen om naar behoefte met korte vezels versterkte oxide-keramische componenten te produceren, zelfs in zeer kleine series.
Oxide-keramische composieten
Deze composieten versterkt met korte vezels zijn nog niet veel onderzocht. Ze zijn echter geschikt voor een groot aantal toepassingen in lichtgewicht constructies bij hoge temperaturen, bijvoorbeeld in de lucht- en ruimtevaart of in de energie-industrie. Een op maat gemaakte productie van componenten uit deze materialen hangt af van de kennis van specialisten die weten hoe de nodige vezelspuitprocessen moeten verlopen.
Het zou mooi zijn als deze specialisten een robot eenvoudig zo kunnen aansturen dat deze de complexe vezelspuitprocessen nauwkeurig en reproduceerbaar uitvoert, ook in kleine series. Dit is precies waar het project FlexFiber om de hoek komt kijken. Het is gericht op een robotsysteem dat door experts intuïtief – dus zonder programmeerkennis – flexibel kan worden bediend. De componenten moeten automatisch kunnen worden vervaardigd met de gewenste vormen, structuren en eigenschappen.
Robotici en keramici aan Universität Bayreuth hebben een robotprogrammering met grafische weergave ontwikkeld die al is beproefd voor discrete processen, zoals het samenstellen van producten uit afzonderlijke componenten. Als onderdeel van 'FlexFiber' willen de wetenschappers dit systeem uitbreiden naar continue processen. Hier moet het vezelcomposietmateriaal in een geoptimaliseerde robotbeweging met zo min mogelijk materiaalverbruik op een negatieve mal worden gespoten.
Kennis van specialisten
In de toekomst moeten experts die een gedegen kennis hebben van alle productiestappen – van de levering van grondstoffen tot de structuren en eigenschappen van het voltooide onderdeel – het robotsysteem intuïtief kunnen bedienen. Alle productiestappen, inclusief de aansturing van randapparatuur, zijn dan geautomatiseerd en exact reproduceerbaar.
Specialisten zullen daarom ook in de toekomst onmisbaar blijven. Wel moeten ze hun kennis direct kunnen overbrengen op het robotsysteem zonder dat er een robotprogrammeur aan te pas hoeft te komen, wat altijd het risico met zich meebrengt van informatieverlies en verkeerde interpretaties.
In het kader van FlexFiber worden oxide-keramische composieten onderzocht die korte versterkingsvezels bevatten (lengte tussen 14 mm en 60 mm). Deze nog jonge materialen hebben een breed toepassingspotentieel. Ze geven de nodige stabiliteit aan componenten die volledig functioneel moeten blijven bij zeer hoge temperaturen en bij plotselinge temperatuurschommelingen.
Ontwikkeling
Het zijn vooral kleine en middelgrote bedrijven die dergelijke componenten in kleine series produceren, wat veel tijd en geld kost. Zij zullen kunnen profiteren van de automatisering van deze processen, die hand in hand gaat met een flexibele aanpassing aan de componenteigenschappen die in elk geval vereist zijn.
Het project wordt gefinancierd door de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) in Bonn. Het is een voorbeeld van de toenemende samenwerking tussen informatica en techniek op de campus van deze universiteit. Als het onderzoekswerk succesvol is, zal een nieuwe productietechnologie – in combinatie met een aantrekkelijk, veelzijdig materiaal – voor lichtgewicht constructie bij hoge temperaturen beschikbaar zijn.
Foto: Universität Bayreuth, Christian Wißler