Een virtueel ontwerpplatform voor plaatproducten
Een virtueel ontwerpplatform voor plaatproducten
Vandaag is het nog steeds zo dat je bij het ontwerpen van structuren uit plaatmateriaal niet alle mogelijkheden van lichtgewicht producten optimaal kan benutten. Dit komt doordat zowel de voortdurende onzekerheid en veranderlijkheid van het productieproces als het effect ervan op de dikteverdeling van het eindproduct niet mee opgenomen worden in het ontwerp. Een model waarbij beide aspecten met elkaar verbonden worden, kan dan ook erg interessant zijn.
Dat is dan ook wat wij bij Flanders Make samen met onze projectpartners Siemens Industry Software en Borit, met de ondersteuning van OCAS (advanced research centrum voor staal toepassingen), ontwikkeld hebben. In het onderzoek hebben we de proces- en productmodellering van plaatmateriaal met elkaar verbonden om zo betere plaatmateriaalproducten te kunnen produceren op een efficiëntere manier.
Hoe verloopt het productieproces?
De metaalindustrie gebruikt vaak persen om een halffabrikaat om te toveren in een afgewerkt product. Bij Borit, producent van componenten voor brandstofcellen, warmtewisselaars, elektrolysetoepassingen en temperatuurcontrole systemen in Geel, persen ze op die manier bijvoorbeeld onderdelen van brandstofcellen. De plaat komt dan van een coil en wordt in de pers geleid. Water onder hoge druk langs de onderzijde duwt de plaat in de gewenste vorm, namelijk die van een matrijs die boven de plaat hangt.
Onderscheid persmodel en productmodel
Als je een plaat gaat vervormen, begin je altijd met een vlakke plaat met een nominale dikte. Als je die dan diepdrukt, gaat er op sommige plaatsen een verdunning optreden. Dat proces kan je simuleren in een procesmodel zodat je materiaalvervormingen, zoals bijvoorbeeld die verdunning, kan voorspellen.
Daarnaast bestaat er ook een productmodel waarmee je bepaalde eigenschappen van het afgewerkt product kan berekenen. Zo kom je bijvoorbeeld te weten welke stijfheid en massa een bepaald afgewerkt product zal hebben.
Realisaties
In het project koppelden we beide modellen aan elkaar tot een duidelijke tool waarmee we het effect op de dikteverdeling en andere parameters kunnen opnemen in een simulatie van het product. Met deze tool kan je dus zien wat de invloed is van je productieproces op de eigenschappen van het afgewerkte product.
Zo onderzoekt onze projectpartner Siemens bijvoorbeeld de invloeden van het productieproces voor composietmaterialen. De voorspelde eigenschappen van het afgewerkte product worden ook meteen getoetst in de praktijk. Zo voerde Siemens trillingsanalyses uit en vergeleek die resultaten met de simulaties binnen de ontwikkelde software. Conclusie: de resultaten waren goed.
Voordelen?
Deze methodologie kan het productieproces optimaliseren zodat je de gewenste eigenschappen van het afgewerkte product haalt. Daardoor kunnen producten lichter gemaakt worden zonder voorbij te gaan aan de verschillende productvereisten.
Daarnaast wordt het risico van mislukking tot een minimum beperkt en verminderen de kosten die gepaard gaan met het trial-and-errorproces.
Getest en goedgekeurd
De ontwikkelde methoden en technologieën binnen dit project staan ten dienste van de hele Vlaamse maakindustrie. We hebben alle tools met zoveel mogelijk standaard softwarepakketten ontwikkeld zodat ze bruikbaar ze hele industrie.
Borit stapte met veel enthousiasme mee in dit project. Aanvankelijk maakten zij kleine vormpjes van de moeilijk te vormen onderdelen van de plaat die ze dan op de pers zelf gingen testen. Je kan je wel voorstellen dat dergelijke manuele acties veel tijd en energie vergden. Nu kunnen de werknemers bij Borit via simulatiepakketten veel van die repetitieve taken automatisch uitvoeren voor ze een matrijs van het te vormen onderdeel bestellen. OCAS ondersteunt Borit met deze proces-simulatie. Het resultaat is dat door het gebruik van onze tools de manuele iteraties op de pers overbodig worden, maar dat Borit toch nauwkeuriger en beter kan produceren.