Fabricarea celulelor de baterii în mini-mediu: automatizare flexibil? în camer? uscat?

De la e-Mobility, tehnologie de comunica?ii ?i tehnologie medical? pân? la unelte sau aparate de uz casnic inteligente: Industria are nevoie de un num?r din ce în ce mai mare de celule de baterii. Cu toate acestea, produc?ia lor în giga-fabrici necesit? cantit??i uria?e de energie. În plus, liniile de produc?ie mari sunt foarte neflexibile. O posibil? alternativ? a fost acum testat? cu succes la Institutul wbk pentru tehnologia de produc?ie a KIT. Calea: Încapsularea procesului în mini- medii. Într-unul dintre rolurile principale: robotul de la KUKA.

Viitorul produc?iei de celule de baterii: spa?ii curate ?i uscate, eficiente din punct de vedere energetic

La Institutul wbk pentru tehnologia de produc?ie din cadrul Institutului pentru tehnologie de la Karlsruhe (KIT), se poate experimenta deja produc?ia de baterii a viitorului. Pentru a spori flexibilitatea ?i eficien?a, cercet?torii au construit ?n cadrul proiectului AgiloBat o produc?ie tip agile de celule pentru bateriile litiu-ion: Cu ajutorul automatiz?rii pe baz? de robot ?n mini-medii, s-a ob?inut o flexibilitate care era posibil? pan? ?n prezent numai ?n produc?ia manual?.?

KR 4 AGILUS în ac?iune într-una dintre celulele robotizate de la KIT.

Prin procese adaptabile ?i modific?ri ale programului, se pot produce ?n camera uscat? cele mai diverse geometrii de celule - f?r? a fi nevoie de o conversie ampl? a instala?iei.??n acest scop, cercet?torii au dezvoltat celule robotizate speciale, care reprezint? o noutate mondial? ?n ceea ce prive?te structura ?i execu?ia lor. Acestea au fost proiectate ?i construite de Exentec Germany GmbH, o companie din Grupul Exyte. Multina?ionala Exyte, o companie cu sediul la Stuttgart, care se ocup? cu tehnologia construc?iilor ?i ingineria instala?iilor, dezvolt?, planific? ?i pune la dispozi?ie instala?ii de produc?ie durabile ?i ultrapure pentru industriile de ?nalt? tehnologie, inclusiv fabrici de semiconductori ?i baterii, centre de date sau instala?ii pentru?industria biofarmaceutic?. Unul dintre punctele forte ale companiei Exentec este reprezentat de camere curate ?i uscate. Sau potrivit lui Nicole Neub, directorul departamentului de tehnologie a bateriilor de la Exentec: ?R?spundem de aerul uscat necesar ?n procesul de fabricare a bateriilor.”

Fiecare etap? de proces ?ntr-un mini-mediu

Se ?tie c? aerul ambiental din mediul ?n care are loc fabricarea de celule de baterii nu trebuie s? aib? decat un grad redus de umiditate. Mai precis: Pentru a evita oxidarea sau p?trunderea umidit??ii la prelucrarea materialelor sensibile ale bateriei, umiditatea relativ? este de obicei mai mic? de 1 procent. Dac? gradul de umiditate este mai mare, acest lucru poate duce mai tarziu la probleme de calitate sau chiar la defec?iuni critice ale bateriilor.

Umiditatea relativ? în celulele robotizate este, de obicei, mai mic? de 1 la sut?.

Aerul uscat necesar se ob?ine ?n a?a-numitele mini-medii. ?Etape individuale de produc?ie ?i ma?inile aferente sunt ?ncapsulate, iar aerul filtrat este adus direct la proces”, explic? Nicole Neub. ?Astfel, numai ma?ina este alimentat? cu aer curat ?i uscat – ?i nu are un volum mare neutilizat ?n hala de produc?ie.” ?n produc?ia industrial? ?n mas? de celule de baterii, majoritatea suprafe?elor de produc?ie sunt exploatate drept camere uscate, ceea ce nu este necesar pentru procese individuale ?i necesit? cantit??i mari de energie.

Aer extrem de uscat: ?ncapsularea procesului face acest lucru posibil

?n proiectul AgiloBat, acest lucru se realizeaz? prin cutii de tip container, ?n care exist? un punct de rou? de pan? la -50 °C. ?Acest lucru nu are de-a face cu temperatura mediului de produc?ie”, explic? Sebastian Henschel, directorul tehnic al proiectului AgiloBat, de la Institutul wbk pentru tehnologia de produc?ie al KIT. ?n schimb, punctul de rou? indic? o anumit? temperatur?, care trebuie s? fie mic?orat? ?n aer, astfel ?ncat umiditatea s? se condenseze. Cu alte cuvinte: Cu cat punctul de rou? este mai sc?zut, cu atat aerul este mai uscat. ?La un punct de rou? de -50 °C, volumul la un milion de molecule de aer scade sub 100 de molecule de ap?”, subliniaz? Henschel. ?Aceasta corespunde unei umidit??i relative a aerului cu mult sub un procent.”

Cu ajutorul robo?ilor de la KUKA am ob?inut precizia industrial? – cu o flexibilitate care altfel era posibil? doar din produc?ia manual?.

Sebastian Henschel, directorul tehnic al AgiloBat la KIT

Oamenii sunt separa?i de proces – datorit? automatiz?rii inovatoare

Un factor decisiv ?l reprezint? personalul: ?Noi, oamenii, suntem alc?tui?i ?n propor?ie de 80 la sut? din ap?, ceea ce nu este deloc bine pentru un astfel de proces”, spune Henschel. ??i chiar dac? suntem ?n repaus absolut, respir?m ?n fiecare or? cel pu?in 120 de grame de umiditate pur?”, adaug? Nicole Neub. ?Acestea sunt cantit??i de umiditate care au o influen?? negativ? semnificativ? asupra unui punct de rou? stabil, de exemplu -50 °C.” Pentru a ob?ine mediul de produc?ie uscat ?n mod corespunz?tor, oamenii trebuie s? stea cat mai departe posibil. Exact aceasta este abordarea Exentec: ??n mini-mediul nostru separ?m, prin ?ncapsulare, oamenii de proces ?n mod consecvent”, explic? Nicole Neub. ?Desigur, acest lucru func?ioneaz? doar dac? procesul se desf??oar? complet automatizat.” Iar aici intr? ?n scen? robo?ii de la KUKA.

Cei doi robo?i KR SCARA ?i KR CYBERTECH nano lucreaz? împreun? în mini-mediu cu cea mai mare eficien?? ?i precizie.

Dovada companiei KUKA sunt numeroasele proiecte de succes ale clien?ilor

?n cadrul AgiloBat sunt utiliza?i patru robo?i KR CYBERTECH nano, un robot KR 4 AGILUS??i, pentru stivuirea celulelor, doi robo?i KR SCARA?– spre satisfac?ia deplin? a responsabililor de proiect. ?Compania produc?toare de celule de baterii utilizeaz? de ani de zile un num?r mare de robo?i KUKA ?n camer? uscat?, pentru a reduce contaminarea mediului din cauza personalului ?i pentru a spori calitatea produc?iei”, spune Thomas Schmidberger, manager de dezvoltare a afacerii la KUKA. Compania KUKA colaboreaz? de mult timp cu produc?torii de baterii ?n ceea ce prive?te cerin?ele tehnologice pentru mediile cu camer? uscat?. ?Cerin?ele pentru produsele noastre ?n camer? uscat? sunt cunoscute cel mai bine prin numeroasele proiecte ale clien?ilor de succes ?i sunt analizate ?n mod continuu ?mpreun? cu exper?i industriali de varf”, subliniaz? Schmidberger. ?n calitate de produc?tor de robo?i de top, KUKA lucreaz? la o certificare a robo?ilor pentru utilizarea ?n camer? uscat?.

Celulele robotizate dezvoltate de cercet?torii KIT reprezint? o noutate mondial?.

Robo?ii de la KUKA fac fa?? cu brio provoc?rilor deosebite din camera uscat?

Utilizarea ?n camer? uscat? aduce provoc?ri deosebite pentru robo?i. Astfel, umiditatea extrem de sc?zut? poate duce la uzur? mai accentuat?. Acest lucru este valabil ?n special pentru materialele care con?in agen?i de ?nmuiere, de exemplu garnituri sau conexiuni prin cablu: ?n cazul utiliz?rii pe termen lung ?n camera uscat?, acestea pot deveni mai repede poroase, ?n cel mai r?u caz ajungand chiar s? se rup?.?

?i vaselina, de exemplu, poate afecta capacitatea de func?ionare, deoarece pierde componente de ap?. Provoc?ri deosebite, a?adar – care sunt abordate la KUKA: Din 2020, exper?ii ?n automatizare de la Augsburg au avut deja experien?? cu peste 10.000 de robo?i ?n produc?ia de celule de baterii, dintre care peste 1.000 ?n aplica?iile ?n camer? uscat?. ?n acest sens, feedback-ul clien?ilor este pozitiv.

Produc?torii de celule de baterii folosesc de ani de zile robo?i KUKA în camer? uscat?, pentru a reduce contaminarea mediului ?i a cre?te calitatea produc?iei.

Thomas Schmidberger, manager de dezvoltare a afacerii la KUKA

Repetabilitatea ?i precizia se combin? cu flexibilitatea

Cu toate acestea, produc?ia ?n mini-medii prin automatizare este interesant? nu numai pentru produc?ia de celule de baterie, ci ?i pentru multe alte industrii: ??n domeniul semiconductorilor, subiectul este esen?ial, la fel ca ?i ?n industria farmaceutic?”, a declarat Nicole Neub de la Exentec. Iat? care sunt avantajele gamei largi de produse de la KUKA: Datorit? versatilit??ii ?i flexibilit??ii, robo?ii pot fi utiliza?i pentru domenii, produse ?i medii complet diferite.?

KR CYBERTECH nano se integreaz? flexibil în sistem.

Acest lucru a fost demonstrat ?i de proiectul de la KIT: ?Ne-am dorit s? construim un sistem cat se poate de flexibil, prin identificarea diferitelor etape ale procesului folosind module de produc?ie diferite ?i apoi prin conectarea acestora”, poveste?te Sebastian Henschel, directorul tehnic al AgiloBat. ?Robo?ii de la KUKA s-au dovedit extrem de eficien?i ?n acest sens. Cu ajutorul lor, am ob?inut repetabilitatea ?i precizia industrial? – ?mpreun? cu o flexibilitate care era posibil? doar din produc?ia manual?.”

Posibilitate de produc?ie atractiv? ?i pentru ?ntreprinderile mici ?i mijlocii

Aceste caracteristici sunt deosebit de atractive pentru IMM-uri – nu ?ntampl?tor, echipa KIT a colaborat la AgiloBat cu produc?torii de ma?ini ?i instala?ii de dimensiuni medii. Mini-mediile ?i automatizarea le permit s? ofere o tehnologie competitiv? de investi?ii de-a lungul lan?ului critic de proces ?n medii de produc?ie relevante pentru spa?iile uscate. Cuno?tin?ele ob?inute ?n cadrul proiectului AgiloBat faciliteaz? o produc?ie flexibil? de celule de baterii ?i testarea unor sisteme noi de materiale prin fabricarea industrial? cu cantit??i mici de materiale. ??n cele din urm?, nu trebuie s? uit?m nici c? ?n aceste etape de proces chimic se lucreaz? la fabricarea bateriilor cu substan?e critice”, spune Thomas Schmidberger. ?Prin urmare, automatizarea bazat? pe robo?i ?n combina?ie cu utilizarea mini-mediilor protejeaz? ?i s?n?tatea angaja?ilor.”

Ca toate componentele KUKA, KR CYBERTECH nano din proiectul AgiloBat a îndeplinit, de asemenea, cerin?ele spre satisfac?ia deplin? a cercet?torilor.

Prin intermediul mini-mediilor ?i, în consecin??, prin separarea consecvent? a omului de proces, costurile curente pot fi reduse semnificativ.

Nicole Neub, director tehnologie baterii la Exentec

Economii considerabile ?n ceea ce prive?te costurile curente ?i resursele

Cu toate acestea, mai presus de toate, procedurile de produc?ie aplicate la AgiloBat pot duce la economisirea semnificativ? a resurselor – ?n dou? privin?e: Pe de o parte, este nevoie de mult mai pu?in? energie decat ?n produc?ia tradi?ional?. ??n giga-fabrici, ?ntre 25 ?i 40 de procente din necesarul total de energie reprezint? numai asigurarea condi?iilor de camer? uscat?. ?n acest timp, trebuie s? ?mpiedic?m constant p?trunderea umidit??ii generate de fiecare persoan? care se afl? ?n camera uscat?”, spune Nicole Neub. ?Mini-mediile ?i, ?n consecin??, separarea consecvent? a omului de proces permit reducerea semnificativ? a num?rului de persoane implicate ?i, prin urmare, a costurilor curente, ?i anume OPEX.” Iar, ?n al doilea rand, rebuturile neutilizabile sunt reduse ?n mod semnificativ: ??n cazul instala?iilor mari, chiar ?i atunci cand acestea au fost introduse, uneori 15-20 de procente din material reprezint? rebuturi care trebuie eliminate sau reciclate”, spune Sebastian Henschel de la wbk. ??i aceast? cot? poate fi redus? semnificativ prin flexibilizarea produc?iei.” Robo?ii de la KUKA fac acest lucru posibil!