Fraunhofer IPA présente des expositions sur l'énergie et la durabilité

L'enveloppe de protection 2ndSCIN® rend les robots et autres composants d'automatisation dynamique prêts pour la production ultrapropre. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

Ce démonstrateur est utilisé par le Fraunhofer IPA, l'Université de Stuttgart et le fabricant de capteurs Sick pour entraîner un algorithme intelligent qui détecte les fuites dans les installations d'air comprimé. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

Cette cellule robotisée peut effectuer toutes les étapes nécessaires au démontage des systèmes de batteries obsolètes. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

Fraunhofer IPA et le Campus Schwarzwald ont développé une cellule robotique dans laquelle deux robots Delta empilent en quelques secondes des plaques bipolaires et des unités d'électrodes membranaires en alternance pour des stacks de piles à combustible. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

La coque de cette tortue montre différentes possibilités d'amélioration des surfaces rugueuses et poreuses des pièces fabriquées par fabrication additive. © Fraunhofer IFF

« Dynamiser une industrie durable » est la devise de la Hannover Messe cette année. Les thèmes de l'énergie et de la durabilité sont également un axe de recherche majeur du Fraunhofer IPA. L'institut présente du 22 au 26 avril 2024, lors de deux stands d'exposition, des aperçus de projets de recherche en cours et de résultats de projets déjà achevés.

Parmi les thèmes phares du salon, le Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA mène de nombreux projets de recherche et de transfert. Plusieurs départements s'occupent notamment de l'efficacité énergétique, de la technologie de l'hydrogène ou de la production de cellules de batteries. Tous partagent la question de savoir comment rendre l'utilisation des ressources dans la production plus efficace et éviter le gaspillage. Cela inclut, par exemple, le département des Systèmes Énergétiques Industriels, qui propose des solutions pour des systèmes énergétiques sur mesure. L'accent est mis sur l'optimisation de l'efficacité énergétique, la réduction des émissions de CO2 et la maximisation de la sécurité d'approvisionnement.

Du 22 au 26 avril 2024, des chercheurs de plusieurs départements présenteront leurs résultats et donneront un aperçu de projets de recherche en cours à deux stands différents :

– Baden-Württemberg International dans la Halle 12, Stand D15
– Fraunhofer-Gesellschaft dans la Halle 2, Stand B24

Courant continu pour l'industrie

Les cellules solaires sur le toit et le stockage de batteries dans la cour ont un point commun : ils fournissent tous deux du courant continu. Pourquoi ne pas faire fonctionner toute l'usine en courant continu ? Cela permet d'économiser de l'énergie et des ressources. Ainsi, les économies réalisées sur l'infrastructure, les systèmes logistiques et les robots de fabrication varient entre 8 et 20 %. Les redresseurs souvent surdimensionnés des machines individuelles sont éliminés et l'énergie de freinage peut être injectée dans le réseau en courant continu. Une équipe de recherche dirigée par Isabella Bianchini du département des Systèmes Énergétiques Industriels du Fraunhofer IPA a développé, en collaboration avec des partenaires du monde scientifique et industriel, un concept de système permettant d'introduire des réseaux en courant continu dans les usines. Des exemples concrets d'application seront présentés sur le stand de Baden-Württemberg International : Halle 12, Stand D15.

La transparence sur la consommation de CO2 des entreprises

Une protection climatique cohérente nécessite une approche globale tout au long de la chaîne de valeur. Dans le cadre du projet de recherche achevé « Climate Solutions for Industries » (CS4I), une équipe dirigée par Christian Schneider du département des Systèmes Énergétiques Industriels du Fraunhofer IPA, en collaboration avec des partenaires industriels, a développé une application permettant de calculer l'empreinte carbone réelle (« True Carbon Footprint ») d'un produit, au-delà des frontières de l'entreprise. En effet, les processus en amont et en aval de la production peuvent, dans certains cas, représenter jusqu'à 70 % des émissions totales de CO2. Le projet CS4I a donc abordé divers aspects, de l'approvisionnement en matières premières aux décisions d'investissement, jusqu'à la livraison, afin que les entreprises puissent prendre en compte à la fois la durabilité et la rentabilité. La base de décision est une représentation numérique des machines et des installations. Une démonstration du prototype de la plateforme ouverte issue de CS4I sera présentée par des chercheurs dans la Halle 12, Stand D15.

L'intelligence artificielle détecte les fuites dans les installations d'air comprimé

L'énergie la plus coûteuse est celle qui est gaspillée : selon des estimations, en moyenne, un tiers de l'air comprimé produit par une entreprise s'échappe inutilement par de minuscules trous ou des connexions défectueuses. Le coût de ce gaspillage peut rapidement atteindre des dizaines de milliers d'euros par an. La recherche pour localiser ces fuites était jusqu'à présent coûteuse et longue. Mais désormais, le Fraunhofer IPA, l'Université de Stuttgart et le fabricant de capteurs Sick ont développé une détection automatisée. Au cœur du système se trouve un capteur de débit qui enregistre en continu le flux massique, la pression et la température. Un algorithme intelligent analyse ces courbes en temps réel et détecte des signatures caractéristiques indiquant des fuites. La démonstration du système en cours de développement sera visible sur le stand de Baden-Württemberg International : Halle 12, Stand D15.

Productif, propre et durable : innovations pour les cellules de batteries

Plus important que l'air comprimé pour la production, la cellule de batterie est essentielle pour la voiture électrique. Elle doit être compacte, performante et surtout sûre. Cela impose de fortes exigences en matière de fabrication. Les chercheurs du Centre pour la production numérique de cellules de batteries du Fraunhofer IPA montrent à quoi pourrait ressembler la production à l'avenir. Leur objectif est de construire et de digitaliser l'ensemble de la chaîne de fabrication des batteries lithium-ion à l'échelle du laboratoire. L'objectif principal est de stabiliser et d'améliorer la productivité en tenant compte de contraintes économiques et écologiques strictes.

Une environment absolument propre et une humidité très faible sont indispensables pour la fabrication des cellules de batteries. Une équipe de recherche dirigée par Udo Gommel et Frank Bührer a développé une cabine de production mobile DryCleanCAPE® pour un environnement de production propre et sec. Elle permet de créer rapidement, à moindre coût et de manière flexible un environnement de production propre, atteignant des classes de pureté de l'air comparables à celles des salles blanches conventionnelles haut de gamme. DryCleanCAPE® se compose de deux enveloppes différentes. La sécheresse, ainsi que l'absence de particules et de produits chimiques, sont assurées indépendamment par des unités de traitement de l'air séparées. Les visiteurs du salon pourront voir à quoi ressemble et comment fonctionne DryCleanCAPE® dans la Halle 12, Stand D15.

Mais ce n'est pas seulement la fabrication efficace de cellules de batteries dans des conditions propres qui devient de plus en plus importante, c'est aussi le recyclage des systèmes de batteries usés. En effet, si toutes les annonces se concrétisent, près de 50 millions de voitures électriques pourraient circuler dans le monde d'ici 2030. Leurs batteries contiennent des matières premières précieuses comme le nickel, le cobalt, le manganèse et le lithium, qui peuvent être réutilisées. Dans le cadre du projet de recherche « Démontage industriel de modules de batteries et de moteurs électriques » (DeMoBat), une cellule robotisée équipée de divers outils a été conçue pour effectuer toutes les étapes nécessaires au démontage et s'adapte à de nombreux types de batteries. Plus d'informations sur le projet DeMoBat seront disponibles pour les visiteurs du salon dans la Halle 12, Stand D15.

Production de masse industrielle d'électrolyseurs et de piles à combustible

Outre les batteries, l'hydrogène est également considéré comme un vecteur d'énergie prometteur, propre et polyvalent. Il est particulièrement intéressant pour l'industrie et le transport lourd. Cependant, pour remplacer efficacement les processus actuellement très émetteurs par des technologies à hydrogène, il reste encore beaucoup de recherche à faire tout au long de la chaîne de valeur, depuis la production d'électrolyseurs et de piles à combustible.

Les électrolyseurs et les piles à combustible sont encore souvent fabriqués à la main dans ce qu'on appelle la production artisanale. « Si les piles à combustible doivent remplacer les moteurs à combustion dans le transport lourd, elles doivent être produites en masse de manière industrielle, automatisée et à un coût compétitif », explique Erwin Groß du département Stratégie et Développement d'entreprise du Fraunhofer IPA. Une équipe de recherche du Fraunhofer IPA et du Centre pour la digitalisation, le leadership et la durabilité du Schwarzwald (Campus Schwarzwald) a réussi à développer une cellule robotisée dans le cadre du projet « H2FastCell », où deux robots empilent en quelques secondes des plaques bipolaires et des unités d'électrodes membranaires pour former des stacks de piles à combustible.

Dans une autre cellule robotisée, il serait également possible de produire en masse des électrolyseurs, car ils sont aussi composés de plusieurs couches — deux électrodes et une membrane échangeuse de protons (PEM) au centre — qui sont empilées. Le projet de recherche « Industrialisation de la production d'électrolyseurs PEM » (PEP.IN) vise à automatiser, d'ici le printemps 2025, non seulement cette étape de « stacking », mais toute la ligne de production, y compris tous les processus en aval jusqu'aux tests en fin de ligne. Des aperçus des projets PEP.IN et H2FastCell seront disponibles sur le stand de Baden-Württemberg International : Halle 12, Stand D15.

La chaîne de valeur de l'hydrogène dans son ensemble sous le regard

Le projet de recherche « Plateforme de recherche industrielle flexible, énergétiquement adaptable et connectée pour l'hydrogène » (WAVE-H2) de l'Université de Stuttgart va encore plus loin. Il s'agit d'un système énergétique industriel global axé sur l'utilisation de l'hydrogène. D'un coût d'environ 36 millions d'euros, une plateforme de recherche industrielle sera construite dans les années à venir sur le campus de l'Université de Stuttgart, à proximité du campus Schwarzwald à Freudenstadt. Elle intégrera différentes options technologiques pour la production, la distribution, le stockage et la consommation d'hydrogène dans un système énergétique industriel connecté, permettant ainsi le développement et la test de technologies innovantes de production et d'énergie. La plateforme sera construite et exploitée à l'échelle industrielle, permettant aux entreprises de moderniser leurs processus et de les tester sur place. Plus d'informations sur WAVE-H2 seront disponibles pour les visiteurs du salon dans la Halle 12, Stand D15.

Peinture sans perte pour la finition de surface des pièces fabriquées par additive

Les procédés de fabrication additive sont désormais une réalité industrielle. Ils offrent une grande flexibilité et permettent de créer de nouveaux produits et solutions dans de nombreux secteurs. Toutefois, la surface des pièces fabriquées par additive présente presque toujours une porosité ou une rugosité, nécessitant une post-traitement approprié. Un exposé du réseau de production du Fraunhofer présente différentes méthodes pour améliorer les propriétés de surface des pièces fabriquées par additive. Le Fraunhofer IPA met en avant la technologie de peinture sans perte comme une solution pour la décoration et le revêtement automatisés de pièces en plastique fabriquées par additive. L'expertise combinée dans la production additive, par Oliver Refle, et la technique de peinture, par Oliver Tiedje, est mise à profit. La gestion optimisée du processus en fabrication additive, associée à un traitement ciblé pour lisser la surface, constitue la base d'une peinture sans émission de brouillard de peinture — avec des systèmes de peinture spécialement adaptés aux propriétés de surface des pièces en plastique fabriquées par additive. Cela permet de réaliser économiquement des surfaces de haute qualité, même pour des pièces personnalisées. L'exposition sera visible sur le stand commun de la société Fraunhofer : Halle 2, Stand B24.

2ndSCIN® – un costume pour robots

« Les technologies clés de demain ne progressent qu'avec une technique de propreté. Elle est essentielle : de la fabrication de batteries à la biotechnologie », explique Udo Gommel, responsable du département Reine et Microfabrication du Fraunhofer IPA. Pour répondre à ces exigences, Gommel et son équipe ont développé la coque de protection 2ndSCIN®. Elle rend opérationnels des composants d'automatisation dynamiques comme un robot pour une production ultra-propre. 2ndSCIN® se compose d’un textile mobile perméable à l’air. Selon l’application, deux ou plusieurs couches peuvent être superposées. Ces couches sont séparées par des entretoises. Chaque espace peut aspirer ou évacuer de l’air, par exemple pour éliminer des particules provenant de l’environnement ou de la machine. L’introduction de gaz spéciaux dans ces espaces permet, par exemple, la stérilisation pour des applications en sciences de la vie — aussi bien pour la machine enveloppée que pour le costume lui-même. Les couches textiles sont également équipées de capteurs qui mesurent en continu des paramètres tels que la concentration de particules, la contamination chimique, la pression ou l’humidité. Des algorithmes basés sur l’IA analysent ces données pour prévoir la maintenance et évaluer l’état de propreté actuel. La coque peut être changée en environ une heure et réutilisée après décontamination. 2ndSCIN® sera visible sur le stand commun de la société Fraunhofer : Halle 2, Stand B24.

Conférences et tables rondes : le programme de la Hannover Messe

Au-delà des deux stands, les visiteurs pourront également rencontrer des représentants du Fraunhofer IPA dans le cadre du programme annexe de la Hannover Messe. Le mardi 23 avril, la scène de la transformation industrielle dans la Halle 3 accueillera la journée entière « Industrial AI ». Les participants y découvriront des projets de recherche communs liés à l'intelligence artificielle, présentés par le Fraunhofer IPA en collaboration avec des partenaires industriels renommés.

Le lendemain, mercredi 24 avril, le professeur Thomas Bauernhansl, directeur de l'institut du Fraunhofer IPA, participera à une table ronde à 10h50 sur la scène TechTransfer Conference dans la Halle 2, Stand B02. Il y présentera, avec des représentants de l’Université de Hohenheim, du Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) et de Festo, les résultats d'une nouvelle étude comparative internationale sur l'intelligence biologique.