Diverse trends bij eindproducten, onder meer langere levensduur

Diverse trends bij eindproducten, onder meer langere levensduur, meer functionaliteit, hoger rendement,
vereisen steeds nauwkeurigere componenten. Een bevraging bij OEM’s en toeleveranciers, grote
ondernemingen en KMO’s, stelde de uitdaging van de maakindustrie scherp: over de volgende 4 à 5
jaren zal de vereiste nauwkeurigheid toenemen met een factor 2 tot 3 maar de productiekosten zullen niet
mogen stijgen. Op korte termijn zal een verhoogde procesbeheersing volstaan maar op langere termijn
kan een gegarandeerde concurrentiële positie enkel bereikt worden door nieuwe productietechnologieën.
Tezamen met de Universiteit van Leuven (PMA), de Vrije Universiteit Brussel (B-PHOT), het Fraunhofer
Instituut (IPT), RWTH Aachen en Agoria start Sirris het nieuwe initiatief “Precision Manufacturing for new
and better products”. Binnen dit project willen we samen met de industrie de handschoen opnemen en de
uitdagingen in zake precisieproductie aangaan.
De maakindustrie
Het project richt zich tot OEM’ers en toeleveranciers in de Vlaamse maakindustrie. OEM’ers hebben nood
aan nieuwe productiemogelijkheden om hun producten te verbeteren en nieuwe producten te lanceren.
Toeleveranciers zullen, om deze producten te realiseren, nieuwe productietechnologieën moeten
toepassen en zo via specialisatie in het precisiedomein een unieke marktpositie innemen.
Aangezien ‘precisie’ niet exclusief is voor één sector, product of materiaal plaatst dit initiatief zich boven
de klassieke sectorindelingen. Elke Vlaamse onderneming actief in de productie van discrete
componenten en geconfronteerd met een verhoogde nauwkeurigheidseis (vanaf 0,05 mm) kan beroep
doen op onze diensten.
Precision Manufacturing
Binnen het project worden 7 technologische uitdagingen en 3 business uitdagingen aangegaan:
Technologische uitdagingen:







Het versneld verkrijgen van prototype precisieonderdelen,
Het verkrijgen van extreem lage oppervlakteruwheden,
Het afwerken van complexe “near net shape” producten uit moeilijk bewerkbare materialen,
Het aanbrengen van nauwkeurige details op grote oppervlakken,
Het ultraprecies bewerken van harde, brosse materialen,
Het beheersen van vervormingen (of spanningen),
Het garanderen van de nauwkeurigheid over een kleine tot middelgrote serie.
Business uitdagingen in het precisiedomein:



(Internationale) netwerking
Technologieverkenning
Collectieve marktverkenning
Elk van de technologische uitdagingen wordt aangegaan met behulp van generieke industriële cases
geënt op de activiteiten van de Vlaamse industrie. Door middel van bedrijfsspecifieke cases worden de
generische resultaten gevaloriseerd. We nodigen bedrijven dan ook uit om concrete producten aan te
dragen.
Beschikbare technologie
Bedrijven kunnen beroep doen op de infrastructuur van de projectpartners om eigen producten te
ontwikkelen, uit te testen, etc. Een greep uit de precisietechnologie die ter beschikking staat: microfrezen
(Kern), precisiedraaien (Hembrug), ultrasoon ondersteund slijpen (DMG/Sauer), diamantdraaien (Mohr),
microdraadvonken (Sarix), robotondersteund polijsten, elektrochemisch bewerken (ECM), fly cutting,
multi-assig polijsten (Satisloh), ‘blade’ bewerkingscentrum (StarragHekkert), Laserinterferometer, CT
scanner, Wit licht interferometer, Clean Room voor optische toepassingen.
Bent u op zoek naar een precisietechnologie? Contacteer ons zodat we u ons volledige aanbod kunnen
voorstellen en samen de meest geschikte technologie of combinatie van technologieën kunnen
selecteren.
Contact
Peter ten Haaf
GSM +32(0)498 91 93 54
Mail [email protected]
De technologische uitdagingen
1. Het versneld verkrijgen van prototype precisieonderdelen
Sinds de opkomst van rapid prototyping technologieën worden vele functionele prototypes door
middel van laagopbouw aangemaakt. De maximale nauwkeurigheid van deze technologieën
schommelt rond 0,05 mm hetgeen onvoldoende is voor precisiecomponenten (bv. tandwielen
vereisen een maattolerantie van 0.02 mm en beter). Bovendien bevatten de producten komende van
laagopbouwende of additieve technologieën een andere interne spanningsverdeling of een andere
materiaalstructuur waardoor het onderdeel niet representatief is voor de latere ‘grote serie
component’.
Voor prototype precisieonderdelen is het gebruik van precisieproductietechnologie aangeraden.
Vertrekkende van het gegoten of gesmede uitgangsmateriaal wordt het prototype volledig afgewerkt
op een precisiebewerkingscentrum. Het kan hierbij gaan om bijvoorbeeld een precisiefreesmachine,
draadvonk- of zinkvonkmachine of een combinatie van technologieën. Door middel van een strikte
procescontrole slaagt men er in het prototype binnen tolerantie te vervaardigen. Hoewel dit proces te
veel tijd in beslag neemt voor de productie van een grote serie is de productietijd voor het prototype
aanvaardbaar.
2. Het verkrijgen van extreem lage oppervlakteruwheden
De state-of-the-art omtrent het verkrijgen van extreem lage oppervlakteruwheden kent 2
technologische invullingen. De eerste invulling betreft innovaties op het gebied van de initiële
productietechnologie ingezet tijdens de voorbewerking. Ultraprecieze verspanende technologieën
leiden onmiddellijk tot producten met zeer lage oppervlakteruwheden waardoor de nabewerking
geëlimineerd wordt. Oppervlakteruwheden van 0,02 micrometer Ra en minder zijn mogelijk. De
tweede invulling betreft het verbeteren (lees: automatiseren) van de nabewerking. Centraal hierin
staan innovatieve en geautomatiseerde polijsttechologieën. Hierbij wordt niet enkel de manuele
handeling opgeheven maar zijn extreem gladde oppervlakken mogelijk. Oppervlakteruwheden kleiner
dan 1 nanometer Ra behoren tot de mogelijkheden.
3. Het afwerken van complexe “near net shape” producten uit moeilijk bewerkbare
materialen
Deze uitdaging betreft de nieuwe generatie van near net shape componenten die via gieten, smeden,
additieve technologieën (rapid manufacturing) aangemaakt worden uit allerhande metaallegeringen.
De trends binnen deze ‘opbouwende’ technologieën zijn gericht op steeds complexere producten die
zo veel mogelijk de vorm van het eindproduct benaderen. In plaats van meerdere componenten in
een latere fase te monteren, tracht men om het product in één geheel aan te maken. Bovendien
worden steeds vaker moeilijk te bewerken materialen (bv. metaal matrix composieten) ingezet
aangezien deze het eindproduct betere eigenschappen geven (bv. langere levensduur). Vermits het
om een near net shape gaat, is een nabewerking noodzakelijk om het product binnen tolerantie te
brengen. Hierbij is niet enkel de complexe 3D vorm moeilijk om op te spannen opdat een precieze
nabewerking kan gegarandeerd worden, ook het exotische materiaal vormt een uitdaging. Een
bijkomende moeilijkheid ligt in de kwaliteitscontrole: gezien de vrije vormoppervlakken is het uiterst
moeilijk om bij het meten een referentie te bepalen. Naarmate de vereiste nauwkeurigheden strenger
worden, wordt ook het nameten er van moeilijker.
Binnen de state of the art zijn er ontwerpregels opgesteld om reeds vanaf het ontwerp van het near
net shape product rekening te houden met de latere nabewerking. Deze regels laten toe om de
uiteindelijke precisie van het product te garanderen. Daarnaast staan flexibele opspanmethoden ter
beschikking om grillige 3D vormen toch precies te kunnen opspannen en bieden nieuwe
gereedschappen en deklagen mogelijkheden voor een efficiënt bewerkingsproces.
Binnen de meettechnologie staan 3D scanners ter beschikking om complexe onderdelen volledig op
te meten en te vergelijken met het originele 3D model.
4. Het aanbrengen van nauwkeurige details op grote oppervlakken
Wanneer nauwkeurige details (grootteorde millimeters tot micrometers) op grote oppervlakken
(grootteorde centimeters) dienen aangebracht te worden, is er een confrontatie tussen
productietechnologieën. De technologieën voor het bewerken van de grote vlakken zijn onvoldoende
nauwkeurig om de details aan te brengen. De precisietechnologie is dan weer hopeloos inefficiënt bij
het bewerken van de grote vlakken. Om deze tegenstrijdigheid te doorbreken, focussen de
ontwikkelingen zich enerzijds op het combineren van technologieën en anderzijds op een
schaalvergroting van precisietechnologieën. Onderstaande kader geeft een mogelijke invulling in
zake combineren weer door het gebruik van ECM (Elektrochemisch bewerken). Betreffende de
schaalvergroting komt een technologie zoals fly cutting, waarbij een diamanten gereedschap over
een groot bereik (tot 1 meter) microstructuren kan aanbrengen in de kijker.
5. Het ultraprecies bewerken van harde, brosse materialen
Voor het bewerken van harde, brosse materialen (hardmetaal, keramiek) zijn er heel wat nieuwe
ontwikkelingen voornamelijk gericht op het flexibel bewerken. Het grote probleem bij zulke materialen
ligt in het verzekeren van de vereiste nauwkeurigheid. Uitbrokkeling van het materiaal en snelle
gereedschapsslijtage maken de procesbeheersing zeer moeilijk. Daar waar in het verleden enkel
slijpen een oplossing bood, staan nu technologieën ter beschikking die toelaten om meteen in harde
materiaaltoestand 3D vormen aan te maken met standaardgereedschappen.
6. Het beheersen van vervormingen (of spanningen)
Voor het bewerken van harde, brosse materialen (hardmetaal, keramiek) zijn er heel wat nieuwe
ontwikkelingen voornamelijk gericht op het flexibel bewerken. Het grote probleem bij zulke materialen
ligt in het verzekeren van de vereiste nauwkeurigheid. Uitbrokkeling van het materiaal en snelle
gereedschapsslijtage maken de procesbeheersing zeer moeilijk. Daar waar in het verleden enkel
slijpen een oplossing bood, staan nu technologieën ter beschikking die toelaten om meteen in harde
materiaaltoestand 3D vormen aan te maken met standaardgereedschappen.
7. Het garanderen van de nauwkeurigheid over een kleine tot middelgrote serie
Het vervaardigen van een kleine of middelgrote serie precisiecomponenten vergt een andere aanpak
dan het aanmaken van het prototype. Bij het prototype is het mogelijk om voortdurend te meten,
machine- en gereedschapsafwijkingen manueel te compenseren totdat de vereiste nauwkeurigheid
bereikt is. Bij seriewerk dienen manuele interventies zoveel mogelijk vermeden te worden om
kostenefficiënt te werken. De procescondities blijven echter niet constant over de hele serie: de
machine warmt op en zet uit, gereedschappen slijten, het materiaal warmt op, … Vaak zijn ook de
machines voor het maken van het prototype verschillend van deze van de serie waardoor er bij
opstart van de serie ook nog twijfels zijn omtrent stabiele bewerkingsparameters, opspanmiddelen, …