iSMAT - production innovante de et avec des systèmes de matériaux intelligents
problématique
Les métaux et les polymères, qui peuvent changer de forme tout en agissant comme leur propre capteur, sont les systèmes d'entraînement modernes de demain. En raison de leurs propriétés multifonctionnelles, ils sont également appelés matériaux intelligents ou intelligents. La recherche et le développement dans ce domaine se concentrent depuis quelques années sur le remplacement des systèmes d'entraînement tels que les moteurs, la pneumatique ou l'hydraulique par des systèmes très compacts et plus économes en énergie dans de nombreux domaines de notre monde du travail et de notre vie quotidienne. Des exemples d'applications incluent des systèmes de montage industriels 4.0 sans air comprimé ou des solutions robotiques innovantes qui permettent une coopération homme-robot sans danger avec des systèmes polymères intelligents et souples. Des systèmes de préhension innovants concrétiseront de nouveaux concepts de manutention économes en énergie et renforceront ainsi avant tout l'efficacité et la durabilité dans le domaine de la production. Enfin, le domaine de la biomédecine bénéficiera également de la robotique continue intelligente et hautement intégrée et, grâce à cette technologie innovante, concrétisera de nouvelles possibilités et méthodes de traitement des patients. Un autre potentiel transsectoriel réside dans le domaine des techniques modernes de climatisation. Sur la base d'alliages spéciaux nickel-titane, le froid et la chaleur peuvent être générés beaucoup plus efficacement que les procédés établis tels que la compression par le froid aujourd'hui. L’«Elastokalorik» présente un potentiel sans précédent pour faire face aux problèmes mondiaux en matière d’énergie et de climat, étant donné que, outre des rendements nettement plus élevés, elle ne contient aucun gaz nocif pour le climat.
Aussi fascinantes que soient les propriétés des matériaux intelligents, le succès technologique et la percée vers des applications socialement pertinentes reposent sur leur production économiquement attrayante et durable. Cela commence par des technologies de fabrication spéciales pour ces matériaux, suivies par des processus d'assemblage et d'automatisation efficaces pour les composants jusqu'à des solutions système intégrées qui apportent une valeur ajoutée maximale par rapport aux solutions actuelles d'actionneurs-capteurs grâce à des algorithmes intelligents de commande et d'autosurveillance.
Aussi fascinantes que soient les propriétés des matériaux intelligents, le succès technologique et la percée vers des applications socialement pertinentes reposent sur leur production économiquement attrayante et durable. Cela commence par des technologies de fabrication spéciales pour ces matériaux, suivies par des processus d'assemblage et d'automatisation efficaces pour les composants jusqu'à des solutions système intégrées qui apportent une valeur ajoutée maximale par rapport aux solutions actuelles d'actionneurs-capteurs grâce à des algorithmes intelligents de commande et d'autosurveillance.
Objectif
L'objectif global de la recherche dans les années à venir est l'augmentation globale du degré de maturité technologique des technologies de production pertinentes tout au long du processus de création du produit vers la production de masse future de systèmes d'entraînement et de climatisation intelligents basés sur des matériaux intelligents. Dans le cadre de trois projets parallèles, les domaines de la technique de fabrication, de la technique d'assemblage ainsi que de l'actionneur et des capteurs doivent être abordés de la même manière et, grâce à la communication et à la collaboration intersectorielles, le cycle de développement complet du produit doit toujours être au premier plan.
Le projet global renforcera encore la position de leader international de la Sarre dans le domaine de la recherche sur les matériaux intelligents et constituera en outre une base essentielle pour la production future de systèmes basés sur ces matériaux. Cela va de pair avec les premiers projets d'incubation des groupes de recherche sur les systèmes de matériaux intelligents, qui se sont fixés pour objectif de transformer les résultats de la recherche de ces dernières années en produits commerciaux et de les produire eux-mêmes sur le site de la Sarre.
Le projet global renforcera encore la position de leader international de la Sarre dans le domaine de la recherche sur les matériaux intelligents et constituera en outre une base essentielle pour la production future de systèmes basés sur ces matériaux. Cela va de pair avec les premiers projets d'incubation des groupes de recherche sur les systèmes de matériaux intelligents, qui se sont fixés pour objectif de transformer les résultats de la recherche de ces dernières années en produits commerciaux et de les produire eux-mêmes sur le site de la Sarre.
Procédure à suivre
Chacun des trois sous-projets poursuit deux axes de recherche concrets dans son domaine de recherche de la technologie de production et est traité par des coopérations de groupes de travail de chaires et de professeurs de la Hochschule für Technik und Wirtschaft (htw), de l'Université de la Sarre (UdS) au Centre pour la mécatronique et la technique d'automatisation à but non lucratif GmbH (ZeMA). Avec le ZeMA comme plate-forme idéale pour la coopération entre les deux hautes écoles de Sarrebruck, la collaboration interdisciplinaire entre UdS et htw est élargie et intensifiée sur la base du domaine de recherche des systèmes de matériaux intelligents. Les approches de recherche formulées pour les systèmes de matériaux intelligents mettent en valeur les expertises spécifiques des différentes chaires et groupes de travail. Le projet jette les bases d'une éventuelle commercialisation et production de nouveaux produits dans le domaine des matériaux intelligents. Les connaissances acquises doivent ensuite être transférées dans l’industrie, et en partie déjà pendant la durée du projet, à l’aide de projets de coopération bilatéraux ou subventionnés avec des partenaires industriels, idéalement de la région.
Résultat/état d'avancement du projet
Dans le domaine de la technologie de fabrication, des procédés de soudage au laser ont été étudiés pour la fabrication de faisceaux d'actionneurs en alliages à mémoire de forme. Après avoir mené des expériences avec différents procédés et paramètres de soudage, il a été possible de démontrer la faisabilité de la fabrication de faisceaux d'actionneurs et d'identifier des solutions pour optimiser la connexion de soudage. Un deuxième sous-projet a étudié le processus de fabrication d'éléments nickel-titane par prototypage rapide. Des géométries appropriées pour les applications élastocloriques ont été identifiées, les paramètres de processus de fusion de faisceaux laser à base de lit de poudre de nickel-titane ont été ajustés et des paramètres pertinents de la performance des matériaux ont été déterminés en cours d'utilisation. Dans le domaine de la technique de montage, le montage d'un préhenseur intelligent à base d'alliages à mémoire de forme et d'un élastomère diélectrique roulé (DEA) a été optimisé. Dans le premier sous-projet, l'accent a été mis sur la réduction des composants du préhenseur intelligent. La planification d'un système de montage aussi modulaire que possible, combinant un système d'alimentation pour les composants et les équipements avec un système d'assistance, a également commencé. Dans le deuxième sous-projet, un processus semi-automatisé a été développé pour l'assemblage systématique de DEA roulés et empilés. Les dispositifs d'empilage des couches individuelles, de roulage, de découpe, de sertissage et de collage de la DEA permettent une fabrication répétitive dont la qualité peut être contrôlée à l'aide d'une base de données MYSQL. Un processus de test défini a également été intégré afin d'améliorer encore les actionneurs fabriqués. Dans le domaine des capteurs et des actionneurs, un outil d'assistance à l'assemblage a été développé, qui peut fournir un retour haptique et acoustique à l'aide d'élastomères diélectriques à base de métal, ainsi que recevoir des entrées. Un autre sous-projet portait sur la régulation sans capteur d'un actionneur FGL. La surveillance sans capteur au moyen de réseaux neuronaux a été mise en œuvre et validée expérimentalement. Dans un troisième sous-projet, l'accent a été mis sur la combinaison des forces des alliages à mémoire de forme avec un embrayage électrostatique pour développer des systèmes d'actionneurs hybrides économes en énergie. La conception expérimentale a permis de démontrer des économies d'énergie significatives par rapport à un actionneur FGL traditionnel.
Financé par:
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