System ultradźwiękowy z inteligentnymi układami drgającymi do e-zarządzania procesami łączenia materiałów dostosowany do wymagań Przemysłu 4.0
PixabayOpracowanie nowej generacji systemów zgrzewania i wycinania ultradźwiękowego o podwyższonej niezawodności i czasie życia układu drgającego wyposażonych w system zdalnej e-diagnostyki układu drgającego jest nowością na skalę światową.
Opracowane nowe rozwiązania technologiczne i metody projektowania systemów zgrzewania, a w szczególności uwzględnienie w procesie projektowania zjawisk nieliniowych zachodzących w układzie drgającym oraz e-diagnostyka układu drgającego, w sposób istotny zwiększa ekonomiczność i konkurencyjność tej technologii. Dodatkową funkcjonalnością jest opracowany moduł e-zarządzania, którego zadaniem jest kompleksowe zdalne zarządzanie procesem łączenia (zgrzewania i wycinania) materiałów, a w szczególności monitoring parametrów procesu, zdalna diagnostyka układu drgającego oraz akwizycja, agregacja, analiza, a także archiwizacja danych sterowania, pomiarowych i diagnostycznych w chmurze obliczeniowej.
W stosunku do konwencjonalnej technologii łączenia oporowego metoda ta jest niezwykle szybka, efektywna i energooszczędna, bowiem energia fali ultradźwiękowej dostarczana jest precyzyjnie i w ściśle odmierzanych porcjach bezpośrednio do miejsca spajania.
Wyniki badań naukowych zostały zaaplikowane w nowoczesnych systemach zgrzewania ultradźwiękowego w produkcji wielkoseryjnej i masowej, w trybie pracy ciągłej, gdzie czas przestoju spowodowany uszkodzeniem systemu mógłby generować poważne straty dla przedsiębiorstwa. Zastosowane rozwiązania chronione są kilkunastoma patentami. W rezultacie znaczącej poprawie ulegają jakość, powtarzalność i sprawność procesu zgrzewania.
Efektem prowadzonych badań są rozwiązania pokonujące dotychczasowe bariery ograniczające technologię zgrzewania ultradźwiękowego do niewielkich powierzchni ok. 100 cm2. Wykonane badania naukowe w zakresie projektowania, obliczania i symulacji działania układów drgających doprowadziły do opracowania konstrukcji sonotrod wielkogabarytowych pozwalających na uzyskanie odpowiedniej wartości amplitudy drgań mechanicznych (w kierunku prostopadłym do powierzchni czoła sonotrody) i jej równomiernego rozkładu na czole sonotrody. Należy podkreślić naukowe znaczenie projektu, bowiem zarówno w literaturze, jak i w obecnie stosowanych rozwiązaniach brakuje opracowań modelowania i projektowania narzędzi ultradźwiękowych z uwzględnieniem wpływu efektów nieliniowych na parametry procesu zgrzewania i pracy układów drgających, dlatego też wyniki projektu są uzupełnieniem brakującej wiedzy. Rozwiązanie jest oczekiwaną i znaczącą innowacją nie tylko w wypadku zgrzewania i/lub wycinania materiałów z tworzyw sztucznych, bowiem wyniki projektu znajdą z powodzeniem zastosowanie także w obszarach wymagających stosunkowo dużych powierzchni roboczych sonotrody, takich jak: maceracja soków, wytwarzanie emulsji – mieszanie dwóch nierozpuszczalnych wzajemnie cieczy, np. w procesie produkcji farb czy biopaliw (np. z alkoholu etylowego i oleju rzepakowego), rozdrabniania masy biologicznej w procesie biodegradacji ścieków czy odpadów w biogazowniach.
W przypadku nowej rodziny generatorów ultradźwiękowych zostały zidentyfikowane potrzeby potencjalnych odbiorów. Skupiliśmy się na zdefiniowaniu brakujących funkcjonalności, ergonomii użytkowania oraz atrakcyjnej cenie końcowej. Współpracujemy na tym polu z czołowymi producentami z branży spożywczej, budowlanej i samochodowej. Jako producent urządzeń m.in. z zakresu specjalistycznych technologii ultradźwiękowych wiemy, jak ważna jest indywidualizacja rozwiązań. Nasi klienci mają możliwość zamówienia urządzeń spełniających ich oczekiwania pod względem zarówno parametrów technicznych, jak i spersonalizowanego interfejsu użytkownika czy estetyki wykonania przy zachowaniu niskiej ceny. Ponadto, technologie ultradźwiękowe są stosunkowo łatwe w automatyzacji i doskonale sprawdzają się w produkcji masowej, między innymi w przemyśle motoryzacyjnym np.: lampy, kokpity, elementy poszycia karoseryjnego; budowlanym: profile budowlane, pace tynkarskie; elektronicznym: obudowy akumulatorowe, obudowy urządzeń elektronicznych – zasilacze, wiązki elektryczne. Wyniki projektu przyczyniają się do rozwoju technologii ultradźwiękowych na świecie poprzez tworzenie innowacyjnych rozwiązań oraz uzupełnią niebawem ofertę Łukasiewicz-ITR. Przykładem zastosowania będą technologie ciągłego zgrzewania ultradźwiękowego, wykorzystywanego podczas produkcji rur wielowarstwowych PERT-Al-PERT służących do wykonywania systemów wodno-grzewczych instalacji wewnętrznych oraz ogrzewania płaszczyznowego oraz profili budowlanych.
| Sieć Badawcza Łukasiewicz |
|---|
| Sieć Badawcza Łukasiewicz to trzecia pod względem wielkości sieć badawcza w Europie. Dostarcza atrakcyjne, kompletne i konkurencyjne rozwiązania technologiczne. Oferuje biznesowi unikalny system „rzucania wyzwań”, dzięki któremu grupa 4 500 naukowców w nie więcej niż 15 dni roboczych przyjmuje wyzwanie biznesowe i proponuje przedsiębiorcy opracowanie skutecznego rozwiązania wdrożeniowego. Angażuje przy tym najwyższe w Polsce kompetencje naukowców i unikalną w skali kraju aparaturę naukową. Co najważniejsze – przedsiębiorca nie ponosi żadnych kosztów związanych z opracowaniem pomysłu na prace badawcze. Łukasiewicz w dogodny sposób wychodzi naprzeciw oczekiwaniom biznesu. Przedsiębiorca może zdecydować się na kontakt nie tylko przez formularz na stronie, ale także w ponad 50 lokalizacjach: Instytutach Łukasiewicza i ich oddziałach w całej Polsce. Wszędzie otrzyma ten sam – wysokiej jakości – produkt lub usługę. Potencjał Łukasiewicza skupia się wokół takich obszarów badawczych jak: Zdrowie, Inteligentna mobilność, Transformacja cyfrowa oraz Zrównoważona gospodarka i czysta energia. |
Artykuł powstał w ramach projektu nr RPMA.01.02.00-14-b149/18 pt. " System ultradźwiękowy z inteligentnymi układami drgającymi do e-zarządzania procesami łączenia materiałów dostosowany do wymagań przemysłu 4.0", współfinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach: Osi Priorytetowej I "Wykorzystanie działalności badawczo-rozwojowej w gospodarce" Działania 1.2 "Działalność badawczo-rozwojowa przedsiębiorstw" Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego na lata 2014-2020.
Artykuł sponsorowany (Designnovate 2021)
mgr inż. Piotr Kluk, mgr inż. Marcin Kiełbasiński, Piotr Nowakowski, DBA