Fraunhofer IPA představuje exponáty kolem energie a udržitelnosti

Ochranné krytí 2ndSCIN® činí roboty a další dynamické komponenty automatizace připravené pro ultraclean výrobu. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Na tomto demonstračním zařízení trénují Fraunhofer IPA, Univerzita ve Stuttgartu a výrobce senzorů Sick inteligentní algoritmus, který detekuje úniky v pneumatických systémech. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Tato robotická buňka může provádět všechny potřebné pracovní kroky, které jsou nezbytné pro demontáž starých bateriových systémů. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Fraunhofer IPA a Campus Schwarzwald vyvinuli robotickou buňku, ve které dva delta roboti během několika sekund střídavě skládají bipolární desky a membránové elektrodové jednotky do svazků palivových článků. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Tělo této želvy ukazuje různé možnosti, jak lze zlepšit drsné a porézní povrchy dílů vyrobených aditivní technologií. © Fraunhofer IFF

„Posilování udržitelného průmyslu“ je motto letošního veletrhu Hannover Messe. Témata energie a udržitelnosti jsou také rozsáhlým výzkumným zaměřením Fraunhofer IPA. Nahlédnutí do probíhajících a již dokončených výzkumných projektů představí institut od 22. do 26. dubna 2024 na dvou výstavních stáncích.

Mezi hlavní témata veletrhu vede Fraunhoferův institut pro výrobu a automatizaci IPA řadou výzkumných a transferových projektů. Hned několik oddělení se zabývá energetickou účinností, technologií vodíku nebo výrobou bateriových článků. Všichni se ptají, jak lze efektivněji využívat zdroje ve výrobě a jak se vyhnout plýtvání. Patří sem například oddělení průmyslových energetických systémů s řešeními na míru pro energetické systémy. Hlavním zaměřením je optimalizace energetické účinnosti, snižování emisí CO2 a maximalizace bezpečnosti dodávek.

Na dvou různých výstavních stáncích představí vědci z několika oddělení od 22. do 26. dubna 2024 své výsledky a poskytnou pohled na probíhající výzkumné projekty:

– Baden-Württemberg International v hale 12, stánek D15
– Fraunhofer-Gesellschaft v hale 2, stánek B24

Stejnosměrný proud pro průmysl

Solární články na střeše a bateriová uložiště na dvoře mají jedno společné: oba dodávají stejnosměrný proud. Proč tedy nezprovoznit celou továrnu přímo stejnosměrně? Ušetří se energie a zdroje. Úspory se pohybují mezi osmi a dvaceti procenty v infrastruktuře, logistických systémech a výrobních robotech. Odpadnou často nadměrně dimenzované usměrňovače jednotlivých strojů a brzdová energie může být zpětně dodávána do stejnosměrné sítě. Výzkumný tým kolem Isabell Bianchini z oddělení průmyslových energetických systémů v Fraunhofer IPA vyvinul společně s partnery z vědy a průmyslu systémové řešení umožňující zavedení stejnosměrných sítí ve výrobách. Pohled na praktické příklady najdete na stánku Baden-Württemberg International: hala 12, stánek D15.

Transparentní spotřeba CO2 firem

Důsledná ochrana klimatu vyžaduje komplexní přístup přes celý hodnotový řetězec. V již dokončeném výzkumném projektu „Climate Solutions for Industries“ (CS4I) vyvinul tým kolem Christiana Schneidera z oddělení průmyslových energetických systémů v Fraunhofer IPA společně s partnery z průmyslu například aplikaci, která umožňuje určit tzv. „skutečnou uhlíkovou stopu“ produktu přes hranice firem. Procesy před a po výrobě totiž v některých případech způsobují až 70 % celkových emisí CO2. CS4I proto řešil různé aspekty od nákupu surovin přes investiční rozhodnutí až po doručení, aby firmy mohly současně zohlednit udržitelnost a ekonomickou efektivitu. Jako podklad slouží digitální model strojů a zařízení. Prototyp otevřeného platformového konceptu, který CS4I vytvořil, představí vědci na stánku v hale 12, stánek D15.

Umělá inteligence odhaluje netěsnosti v tlakových vzduchových systémech

Největší spotřebou energie je ta, která se plýtvá: odhady uvádějí, že přibližně třetina tlakového vzduchu, který firma vyrábí, uniká nevyužitá skrze drobné dírky a netěsnosti. Náklady na toto plýtvání mohou rychle dosáhnout desítek tisíc eur ročně. Vyhledávání netěsností bylo doposud složité. Nyní však Fraunhofer IPA, Univerzita Stuttgart a výrobce senzorů Sick vyvinuli automatizovanou detekci. Srdcem je průtokový senzor, který neustále zaznamenává průtok hmotnosti, tlak a teplotu. Inteligentní algoritmus vyhodnocuje tyto křivky v reálném čase a rozpoznává charakteristické signatury naznačující netěsnosti. Aktuální stav společného vývoje ukazuje demonstrátor na stánku Baden-Württemberg International: hala 12, stánek D15.

Výrobní efektivita, čistota a udržitelnost: inovace v oblasti bateriových článků

Ještě důležitější než stlačený vzduch pro výrobu je bateriový článek pro elektromobil. Měl by být kompaktní, co nejvýkonnější – a hlavně bezpečný. To klade velké nároky na výrobu. Jak by mohla vypadat v budoucnu, ukazují vědci z Centra pro digitalizovanou výrobu bateriových článků v Fraunhofer IPA. Jejich cílem je vybudovat kompletní výrobní řetězec lithium-iontových baterií v laboratoři a digitalizovat jej. Hlavním cílem je stabilizovat a zvýšit produktivitu s ohledem na přísné ekonomické a ekologické podmínky.

Pro výrobu bateriových článků je nezbytné absolutně čisté prostředí a velmi nízká vlhkost vzduchu. Mobilní suchý čistící stan DryCleanCAPE® vyvinul tým kolem Uda Gommel a Franka Bürgena. S jeho pomocí lze snadno, rychle a flexibilně vytvořit čisté a suché výrobní prostředí, které dosahuje podobných úrovní čistoty vzduchu jako kvalitní konvenční čisté místnosti. DryCleanCAPE® sestává ze dvou odlišných krytů, přičemž suchost a absence částic a chemikálií jsou zajištěny odděleným čištěním vzduchu. Jak DryCleanCAPE® vypadá a funguje, se dozvíte na veletrhu v hale 12, stánek D15.

Ale nejen efektivní výroba bateriových článků za čistých podmínek je stále důležitější, ale také recyklace vyřazených bateriových systémů. Pokud se splní všechny plány, do roku 2030 by mohlo být na silnicích po celém světě téměř 50 milionů elektromobilů. Jejich baterie obsahují cenné suroviny jako nikl, kobalt, mangan a lithium, které lze znovu použít. Výzkumný projekt „Průmyslové demontáže bateriových modulů a elektromotorů“ (DeMoBat) proto vyvinul robotickou buňku s různými nástroji, která zvládne všechny potřebné kroky demontáže a je vhodná pro mnoho typů baterií. Více o projektu DeMoBat se dozvíte na veletrhu v hale 12, stánek D15.

Hromadná výroba elektrolyzérů a palivových článků v průmyslu

Kromě baterií je jako perspektivní zdroj energie považován vodík, který je čistý a všestranný. Zajímavý je zejména pro průmysl a těžký nákladní dopravu. Aby bylo možné nahradit současné emise produkující procesy technologií vodíku, je však stále potřeba rozsáhlý výzkum v celé hodnotové řetězci – počínaje výrobou elektrolyzérů a palivových článků.

Jak elektrolyzéry, tak palivové články se v současnosti často vyrábí ručně, v tzv. manufakturách. „Pokud mají palivové články nahradit spalovací motory v těžké dopravě, musí být vyráběny v průmyslové masové výrobě, do značné míry automatizovaně a cenově dostupně,“ říká Erwin Groß z oddělení strategie a rozvoje firem v Fraunhofer IPA. To se právě podařilo výzkumnému týmu z Fraunhofer IPA a Centra pro digitalizaci, vedení a udržitelnost Schwarzwald (Campus Schwarzwald). V projektu „H2FastCell“ vznikla robotická buňka, ve které dva roboti během několika sekund skládají bipolarní desky a membránové elektrody do svazků palivových článků.

V podobné robotické buňce by v budoucnu mohly být masově vyráběny také elektrolyzéry, protože i ty sestávají z několika vrstev – dvou elektrod a protonové výměnné membrány (PEM) uprostřed – a jsou skládány. V rámci výzkumného projektu „Industrializace výroby PEM elektrolyzérů“ (PEP.IN) by měla být do jara 2025 automatizována nejen takzvaná skládací část, ale celá výrobní linka – včetně všech následných procesů až po testování na konci linky. Pohled na výzkumné projekty PEP.IN a H2FastCell je k dispozici na stánku Baden-Württemberg International: hala 12, stánek D15.

Celý hodnotový řetězec vodíku v centru pozornosti

Ještě o krok dál jde výzkumný projekt „Schopná, energeticky flexibilní a propojená platforma pro výzkum vodíku“ (WAVE-H2) Univerzity Stuttgart. Zkoumá se zde komplexní průmyslový energetický systém se zaměřením na využití vodíku. V příštích letech má být na kampusu Univerzity Stuttgart a v sousedství kampusu Schwarzwald v Freudenstadtu vybudována průmyslová výzkumná platforma za přibližně 36 milionů eur. Ta má integrovat různé technologické možnosti výroby, distribuce, skladování a spotřeby vodíku v propojeném průmyslovém energetickém systému a umožnit tak systematický rozvoj a testování inovativních výrobních a energetických technologií. Výzkumná platforma bude vybudována a provozována v průmyslovém měřítku. Firmy tak budou moci své procesy upravit a tam je otestovat. Více o WAVE-H2 se dozvíte na veletrhu v hale 12, stánek D15.

Bezvadné lakování pro povrchovou úpravu aditivně vyráběných dílů

Aditivní výrobní metody jsou již běžně součástí průmyslové reality. Nabízejí vysokou flexibilitu a umožňují vznik nových produktů a řešení v řadě odvětví. Ovšem povrch aditivně vyráběných dílů má téměř u všech běžných metod pórovitost nebo drsnost, což vyžaduje následnou úpravu. Tomuto tématu se věnuje exponát Fraunhofer-Verbund Produktion. Ukazuje různé možnosti, jak zlepšit povrchové vlastnosti aditivně vyráběných dílů. Fraunhofer IPA představuje technologii bezvadného lakování jako možnost automatizované dekorace a povrchové úpravy plastových dílů vyrobených aditivními metodami. Využívá se zde expertíza z oblastí aditivní výroby Olivera Refle a lakovacích technologií Olivera Tiedje. Optimalizované řízení procesu v aditivní výrobě spojené s cílenou následnou úpravou k vyhlazení povrchu dílů tvoří základ pro lakování bez vzniku lakového mlhy – s lakovacími systémy speciálně přizpůsobenými vlastnostem povrchů aditivně vyráběných plastových dílů. Díky tomu je možné ekonomicky realizovat vysoce kvalitní povrchové úpravy i u personalizovaných dílů. Exponát je k vidění na společném stánku Fraunhofer-Gesellschaft: hala 2, stánek B24.

2ndSCIN® – systém na míru pro roboty

„Klíčové technologie zítřka postupují jen s technologií čistoty. Je to rozhodující: od výroby baterií po biotechnologie,“ říká Udo Gommel, vedoucí oddělení čisté a mikro výroby v Fraunhofer IPA. Aby tyto požadavky splnili, vyvinuli Gommel a jeho tým ochranné pouzdro 2ndSCIN®. To činí dynamické automatizační komponenty, například robota, připravené pro ultraclean výrobu. 2ndSCIN® sestává z průhledného, pohyblivého textilu. Podle použití mohou být vrstvy nad sebou dvě nebo více. Vrstvy jsou odděleny mezivrstvami, například vzduchovými mezerami, do nichž lze nasávat nebo odvádět vzduch. Tím lze odstraňovat částice pocházející z okolí nebo z automatizačního zařízení. Přívod speciálních plynů do mezer systému umožňuje například sterilizaci pro aplikace ve vědě o živé přírodě – jak u uzavřeného automatizačního zařízení, tak u samotného ochranného pouzdra. Textilní vrstvy jsou také vybaveny senzory, které nepřetržitě měří parametry jako koncentrace částic, chemická kontaminace, tlak nebo vlhkost. Algoritmy založené na umělé inteligenci tyto senzory vyhodnocují a umožňují prediktivní údržbu a hodnocení aktuálního stavu čistoty. Ochranné pouzdro lze vyměnit přibližně za hodinu a po dekontaminaci je možné jej znovu použít. 2ndSCIN® je k vidění na společném stánku Fraunhofer-Gesellschaft: hala 2, stánek B24.

Přednášky a diskuzní fóra: doprovodný program Hannover Messe

V rámci doprovodného programu Hannover Messe se návštěvníci setkají s Fraunhofer IPA i mimo dva výstavní stánky. Například v úterý 23. dubna se na scéně Industrial Transformation v hale 3 koná celodenní akce „Industrial AI“. Zde získají zájemci přehled o společných výzkumných projektech týkajících se umělé inteligence, které Fraunhofer IPA představí ve spolupráci s významnými průmyslovými partnery v různých případech užití.

O den později, ve středu 24. dubna, se od 10:50 hodin zúčastní profesor Thomas Bauernhansl, ředitel Fraunhofer IPA, panelové diskuse „Biointeligentní hodnota v strojírenství a výrobě“ na scéně TechTransfer v hale 2, stánek B02. Představí zde spolu s představiteli z Univerzity Hohenheim, Německého svazu strojírenského průmyslu (VDMA) a společnosti Festo výsledky nové mezinárodní srovnávací studie na téma biointeligence.