Výroba bateriových ?lánk? v mikroprost?edích: flexibilní automatizace v suché místnosti

Od elektromobility p?es komunika?ní technologie a medicínské p?ístroje a? po chytré nástroje a domácí spot?ebi?e – pr?mysl pot?ebuje stále více bateriových ?lánk?. Jejich výroba v gigatovárnách v?ak spot?ebovává obrovské mno?ství energie a zároveň je velmi neflexibilní. Mo?nou alternativu nyní úspě?ně otestoval Institut výrobního in?enýrství wbk na KIT, který p?i?el s ?e?ením v podobě procesní izolace v mikroprost?edích. Jednu z klí?ových rolí zde p?itom hrají roboty KUKA.

Budoucnost vyroby bateriovych ?lánk?: energeticky úsporné ?isté a suché prostory

V Institutu pro výrobní technologie wbk p?i ústavu Karlsruher Institut für Technologie (KIT) si ji? nyní m??ete vyzkoušet výrobu baterií zamě?enou na budoucnost. Aby byly tyto technologie flexibilnější a efektivnější, vědci v rámci projektu AgiloBat z?ídili agilní za?ízení na výrobu lithium-iontových baterií: S pomocí robotické automatizace v mikroprost?edích bylo dosa?eno úrovně flexibility, která byla d?íve mo?ná pouze ve výrobě.

KR 4 AGILUS v akci v jedné z robotických buněk v ústavu KIT.

Díky p?izp?sobivym proces?m a změnám programu lze v suchém prostoru vyrábět ?irokou ?kálu geometrií ?lánk? – bez nutnosti slo?ité p?estavby stávajícího systému. Za tímto ú?elem vědci vyvinuli speciální robotické buňky, které p?edstavují světovou novinku, pokud jde o jejich strukturu a design. Navrhla a postavila je spole?nost Exentec Germany GmbH, která je sou?ástí skupiny Exyte Group. Exyte, mezinárodní spole?nost se sídlem v německém Stuttgartu zabyvající se technickym vybavením budov a in?enyrskymi stavbami za?ízení, navrhuje, plánuje a dodává udr?itelná a ultra ?istá vyrobní za?ízení pro high-tech odvětví, v?etně továren na polovodi?e a baterie, datovych center a za?ízení pro biofarmaceuticky pr?mysl. Jedním z hlavních zamě?ení spole?nosti Exentec jsou ?isté a suché prostory. Nebo ?e?eno slovy Nicole Neubové, ?editelky oddělení bateriovych technologií ve spole?nosti Exentec: ?Jsme zodpovědní za nezbytny suchy vzduch v procesu vyroby baterií.“

Ka?dý procesní krok v mikroprost?edí

Jak je dob?e známo, okolní vzduch p?i vyrobě bateriovych ?lánk? musí obsahovat minimum vlhkosti vzduchu. P?esněji ?e?eno: Aby se zabránilo oxidaci nebo pr?niku vlhkosti p?i zpracování citlivych bateriovych materiál?, ?iní relativní vlhkost vzduchu vět?inou méně ne? 1 procento. Pokud je vy??í, m??e to později vést k problém?m s kvalitou nebo dokonce ke kritickému selhání baterií.

Relativní vlhkost vzduchu v robotických buňkách je obvykle ni??í ne? 1 procento.

Po?adovaná suchost se vytvá?í v tzv. mikroprost?edích. „V rámci tohoto procesu jsou jednotlivé kroky výrobního procesu a související stroje uzav?eny do odděleného prostoru a filtrovaný vzduch je p?iváděn p?ímo do procesu,“ vysvětluje Nicole Neubová. „To znamená, ?e ?istý a suchý vzduch je p?iváděn pouze do stroje – a ve výrobní hale nez?stává ?ádný velký nevyu?itý objem.“ V pr?myslové hromadné výrobě bateriových ?lánk? jsou celé výrobní prostory obvykle provozovány jako suchý prostor, co? není pro jednotlivé procesy nutné a vy?aduje to velké mno?ství energie.

Extrémně suchy vzduch: Odděleny prostor pro vyrobní proces v?e umo?ňuje

V projektu AgiloBat se to provádí pomocí box? podobnych kontejner?m, kde panuje rosny bod a? -50 °C. ?To nemá nic spole?ného s teplotou vyrobního prost?edí,“ vysvětluje Sebastian Henschel, technicky ?editel projektu AgiloBat z Institutu pro vyrobní technologii wbk p?i ústavu KIT. Rosny bod spí?e udává teplotu, na kterou se musí vzduch ochladit, aby mohla kondenzovat vlhkost. To znamená: ?ím ni??í je rosny bod, tím su??í je vzduch. ?P?i rosném bodu -50 °C p?ichází objemově na milion molekul vzduchu méně ne? 100 molekul vody“, zd?razňuje Henschel. ?To odpovídá relativní vlhkosti vzduchu hluboko pod jedním procentem.“

S pomocí robot? KUKA jsme dosáhli pr?myslové p?esnosti – s flexibilitou, kterou jinak známe jen z ru?ní výroby.

Sebastian Henschel, technický ?editel AgiloBat ve spole?nosti KIT

Lidé jsou od procesu odděleni – a to díky inovativní automatizaci

Jedním z rozhodujících faktor? jsou v tomto kontextu zaměstnanci: „My lidé se skládáme z 80 procent z vody, co? v takovém procesu rozhodně není u?ite?né,“ ?íká Henschel. „A i kdy? jsme v naprostém klidu, vydechujeme ka?dou hodinu nejméně 120 gram? ?isté vlhkosti,“ dodává Nicole Neubová. „Toto je mno?ství vlhkosti, které významně negativně ovlivňuje stabilní rosný bod nap?íklad -50 °C.“ Aby bylo výrobní prost?edí skute?ně suché, je t?eba zabránit do něj vstupu lidem, jak jen to je mo?né. P?esně to je p?ístup spole?nosti Exentec: „V našem mikroprost?edí d?sledně oddělujeme lidi od procesu tím, ?e vytvá?íme oddělený prostor pro výrobní proces,“ vysvětluje Nicole Neubová. „Samoz?ejmě je to mo?né pouze tehdy, pokud proces bě?í plně automaticky.“ A právě zde vstupují do hry roboty KUKA.

Dva roboty KR SCARA a KR CYBERTECH nano spolupracují v mikroprost?edích s extrémní efektivitou a p?esností.

Úspěšné zákaznické projekty hovo?í za firmu KUKA

V rámci projektu AgiloBat se pou?ívají ?ty?i roboty KR CYBERTECH nano, jeden robot KR 4 AGILUS?a pro stohování ?lánk? dva roboty KR SCARA – k naprosté spokojenosti projektovych mana?er?. ?Vyrobci bateriovych ?lánk? pou?ívají u? léta velky po?et robot? zna?ky KUKA v suchém prostoru s cílem sní?it sní?it kontaminaci prost?edí zaměstnanci a zvy?it kvalitu vyroby“, ?íká Thomas Schmidberger, Business Development Manager ve spole?nosti KUKA. Spole?nost KUKA je ji? del?í dobu v kontaktu s vyrobci baterií ohledně jejich technologickych po?adavk? pro prost?edí suchého prostoru. ?Po?adavky na na?e produkty v suchém prostoru jsou nám dob?e známy z mnoha úspě?nych zákaznickych projekt? a jsou pr?bě?ně analyzovány spole?ně s p?edními odborníky z oboru,“ zd?razňuje Schmidberger. Jako?to p?ední vyrobce robot? pracuje spole?nost KUKA na certifikaci svych robot? pro pou?ití v suchém prostoru.

Robotické buňky vyvinuté výzkumníky z KIT p?edstavují světovou premiéru.

Roboty KUKA zvládají mimo?ádné vyzvy v suchém prostoru

Pou?ití v suchém prostoru toti? p?edstavuje pro roboty zcela mimo?ádné vyzvy. Extrémně nízká vlhkost vzduchu m??e vést k vět?ímu opot?ebení. To platí zejména pro materiály, které obsahují změk?ovadla, jako jsou těsnění nebo kabelové spoje: Pokud se dlouhodobě pou?ívají v suchém prostoru, mohou se rychleji stát porézními a v nejhor?ím p?ípadě se dokonce zlomit.?

Roboty KUKA zvládají mimo?ádné výzvy v suchém prostoru.

Ale nap?íklad mazací tuky mohou také ztratit svou funk?nost, proto?e ztrácejí vodní slo?ky. To jsou právě mimo?ádné vyzvy, které KUKA zohledňuje: Od roku 2020 nasbírali odborníci na automatizaci z Augsburgu zku?enosti s více ne? 10 000 roboty ve vyrobě bateriovych ?lánk?, z toho více ne? 1 000 v aplikacích pro suchy prostor. Reakce zákazník? je dlouhodobě pozitivní.

Výrobci bateriových ?lánk? pou?ívají roboty KUKA v suchých prostorách ji? léta, aby sní?ili zne?i?tění ?ivotního prost?edí a zvý?ili kvalitu výroby.

Thomas Schmidberger, Business Development Manager ve spole?nosti KUKA

Opakovatelnost a p?esnost se setkávají s flexibilitou

Výroba v mikroprost?edích s vyu?itím automatizace však není zajímavá jen pro výrobu bateriových ?lánk?, ale i pro mnoho dalších odvětví: „Toto téma je zásadní v sektoru polovodi?? i ve farmaceutickém pr?myslu,“ uvádí Nicole Neubová ze spole?nosti Exentec. Zde se plně projevují výhody široké palety výrobk? spole?nosti KUKA: Díky své všestrannosti a flexibilitě lze roboty pou?ít pro zcela odlišné oblasti, produkty a prost?edí.

KR CYBERTECH nano se do systému flexibilně za?lení.

To prokázal také projekt v ústavu KIT: ?Chtěli jsme vybudovat maximálně flexibilní systém mapováním r?znych procesních krok? prost?ednictvím r?znych vyrobních modul? a jejich následnym propojením,“ vysvětluje Sebastian Henschel, technicky ?editel projektu AgiloBat. ?Roboty KUKA se v tomto ohledu osvěd?ily jako dokonale efektivní.“ S jejich pomocí jsme dosáhli pr?myslové opakovatelnosti a p?esnosti – v kombinaci s flexibilitou, kterou jinak známe pouze z ru?ní vyroby.

Atraktivní mo?nost vyroby, i pro malé a st?ední firmy

Tyto funkce jsou obzvláště atraktivní pro malé a st?ední podniky – není náhoda, ?e tým KIT v rámci projektu AgiloBat spolupracuje se st?edně velkými strojírenskými spole?nostmi. Mikroprost?edí a automatizace jim umo?ňují nabízet konkurenceschopnou technologii za?ízení v celém kritickém procesním ?etězci ve výrobních prost?edích relevantních pro suché prostory. Zjištění z projektu AgiloBat jim umo?ňují flexibilně vyrábět bateriové ?lánky a testovat nové materiálové systémy prost?ednictvím pr?myslové výroby s malým mno?stvím materiálu. „A kone?ně nesmíme zapomínat, ?e tyto chemické procesní kroky p?i výrobě baterií zahrnují pou?ití kritických látek,“ ?íká Thomas Schmidberger. „Automatizace zalo?ená na robotice ve spojení s pou?itím mikroprost?edích chrání tedy i zdraví zaměstnanc?.“

Stejně jako v?echny komponenty KUKA, i robot KR CYBERTECH nano splnil po?adavky projektu AgiloBat k plné spokojenosti výzkumník?.

Prost?ednictvím mikroprost?edí a d?sledného oddělení lidí a proces? lze výrazně sní?it provozní náklady.

Nicole Neubová, ?editelka bateriových technologií ve spole?nosti Exentec

Vyznamné úspory provozních náklad? a zdroj?

P?edev?ím v?ak vyrobní procesy pou?ívané v projektu AgiloBat mohou u?et?it vyznamny objem zdroj? – a to ve dvou ohledech: Na jedné straně je zapot?ebí vyrazně méně energie ne? u konven?ní vyroby. ?V gigatovárnách se 25 a? 40 procent celkové spot?eby energie vyu?ívá k vytvo?ení podmínek suchého prostoru.“ A p?itom neustále su?íme proti neustálému p?ísunu vlhkosti ka?dé osoby v suchém prostoru,“ ?íká Nicole Neubová. ?Díky mikroprost?edím a d?slednému oddělení lidí a proces? lze toto ?íslo a tím i provozní náklady, tj. OPEX, vyrazně sní?it.“ A za druhé, vyrazně se sni?uje nepou?itelné zmetky: ?U velkych za?ízení, i kdy? jsou ji? plně zavedené, máme někdy 15 a? 20 procent zmetk?, které je t?eba zlikvidovat nebo recyklovat,“ vysvětluje Sebastian Henschel z Institutu wbk. ?Ov?em i tuto kvótu m??eme vyrazně sní?it flexibilněj?í vyrobou.“ Roboty zna?ky KUKA to umo?ňují!