Nacionalni projekti

arrs1.png

 

Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost.

  • Članica UL: UL Fakulteta za strojništvo
  • Šifra projekta: L2-1836
  • Naslov: Razvoj in implementacija inovativne tehnologije obdelave ZnO keramike z definirano rezalno geometrijo v serijsko proizvodnjo za povečanje kakovosti varistorjev kot končnih izdelkov
  • Trajanje: 01.07.2019 - 30.06.2022
  • Letni obseg: 0,65 FTE
  • Vodja: izr. prof. dr. Franci Pušavec
  • Veda: Tehniške vede 
  • Sodelujoče RO: Povezava
  • Sestava projektne skupine: Povezava
  • Bibliografske reference: Povezava
Vsebinski opis projekta:

Nekaj manj kot 90% nove energije proizvedene v EU je energije iz obnovljivih virov. Iz leta v leto evropske države za nove investicije vlagajo rekordne vložke (samo v letu 2017 so znašali 51,2 milijarde evrov). Izkoriščanje obnovljivih virov energije predstavlja eno največjih investicijskih priložnost v energijskem sektorju. Področje izkoriščanja vetrne energije je v letu 2017 predstavljala polovico vseh investicij. Danes se z vetrnimi elektrarnami pokrije že 11,4% vseh potreb po električni energiji v EU. Med vsemi evropskimi državami največji delež pokriva Nemčija in hkrati napoveduje, da do leta 2022 ne bo več imela jedrskih elektrarn. Tudi ostale članice EU sledijo temu trendu kar pomeni, da so obnovljivi viri in njihova proizvodnja (vetrne elektrarne, itd.) močno v porastu, tako po investicijah, kot po številu delavnih mest.

Katedra za menedžment obdelovalnih tehnologij laboratorij LABOD s podjetjem VARSI, ki s svojim inovativnim in unikatnim pristopom prodira na povsem novo tržno nišo t.i. visoko energijske keramične (ZnO) varistorske energetske absorberije (VEA-Varistor Energy Absorbers). To so posebej izdelani varistorji za absorpcijo velikih energij za zaščito elektronskih in električnih sistemov v obnovljivih virih energij. Primarno se uporabljajo za zaščito navitij generatorjev in inverterjev pri vetrnih elektrarnah od moči 3 MW pa do 8 MW, v novejšem času pa tudi za zaščito naprav v foto-voltaičnih sistemih. Varistor je napetostno odvisni upor, za katerega je značilna nelinearna odvisnost toka od napetosti. Funkcionalno vgrajen je do določene napetosti izolator, če pa to mejo presežemo postane visoko prevoden. Ko varistor izpostavimo sunku napetosti (pri določeni gostoti toka), se mu upornost v zelo kratkem času (nekaj nano sekund) spremeni z zelo visoke (1012Ω) na zelo nizko vrednost (1-10 Ω). Zaradi te lastnosti varistorje uporabljamo za zaščito tokokrogov pred prenapetostjo in tokovnimi sunki. Zaradi nelinearne U/I karakteristike in sposobnosti absorbcije energije, se varistorji uporabljajo tudi za stabilizacijo napetosti in za dušenje prenapetostnih sunkov v električnih omrežjih in v elektroniki. Velika uporabnika varistorjev sta tudi avtomobilska industrija (z elektrifikacijo) in telekomunikacije. Energijska sposobnost teh absorberjev v absolutnem smislu je v območju od nekaj 10 kJ pa tudi do 200 kJ, odvisno on njihove velikosti in števila, še bolj pomemben pa je podatek o specifični energijski absorpciji na volumsko enoto, ki so jo uspeli izboljšati od 0,4 kJ/cm3 do 0,6 kJ/cm3, torej za celih 50%. V zadnjem času pa dosegajo tudi 0,7 kJ/cm3 in več. Inovativne prototipne rešitve podjetja VARSI v sodelovanju z razvojnim centrom RC eNeM (razvoj novih materialov) postavljajo take varistorje konkurenčno pred vodilne svetovne proizvajalce.

Na splošno je za proizvodnjo ZnO keramike uporabljen postopek izdelave izdelkov s procesom sintranja tako oksidnih, kot neoksidnih zmesi. Za končno funkcionalnost izdelkov sta poleg strukture ključni tudi mikro in makro geometrija kontaktnih površin. To zahteva naknadno končno obdelavo. Zaradi visoke trdote teh materialov tudi pri višjih temperaturah, se običajno za naknadno obdelavo uporabljajo odrezovalne tehnologije z nedefinirano geometrijo orodja/rezalnih robov. Tipičen primer konvencionalne obdelave je uporaba procesa brušenja ali lepanja z abrazivnimi delci. Zaradi potreb po odnašanju večjih količin materiala in želji po zahtevnih geometrijah površin oblike izdelka, tehnologija brušenja predstavlja omejeno produktivnost, nezmožnost izdelave zahtevanih geometrij in velikokrat povzročanje nekontroliranega lomljenja/krušenja ostrih robov končnih izdelkov. Kot alternativa bo delo obravnavalo analizo možnosti vpeljave odrezavalnih procesov z definirano rezalno geometrijo (frezanje in struženje) v postopke obdelave keramike ZnO. Preliminarni eksperimenti so pokazali velik potencial izboljšanja kakovostnih karakteristik. Problemi, ki se pojavljajo pa so povezani s poznavanjem mehanizmov same tvorbe odrezkov, zaradi materialnih lastnosti keramike (trdnost in trdota). Zato bo cilj dela orientiran v analizo mehanizmov odrezavanja/formiranje odrezka. Kot doprinos je pričakovati povezavo med mikrostukturo obdelovanca, geometrije (radija) rezalnih robov in spreminjanje geometrije orodja kot posledica obrabe. Nova tehnologija je bila pilotno/prototipno že verificirana, kjer rezultati potrjujejo zagotavljanje zahtevanih geometrijskih lastnosti in robustnosti proizvodne tehnologije. Odličnost izdelanih prototipov se odraža tudi pri funkcionalnem testiranju proizvoda na električnih testih. Tako sta glavni cilj in namen projekta širša analiza prototipno testirane nove proizvodne tehnologije na bazi frezanja in struženja. Cilj raziskovalnega dela je razvito proizvodno tehnologijo narediti robustno in jo nato spraviti v industrijsko aplikacijo in jo verificirati na konkretnem izdelku. Dodatno pa je cilj razvoj/dvig tehnologije na velikoserijski nivo proizvodnje novih visokokakovostnih varistorjev.

Faze projekta in njihova realizacija:
  • DS1: Izdelava specifikacij za opremljanje in nadgradnjo strojev ter priprave eksperimentalnega sistema/mesta:

Na podlagi pridobljenih dosedanjih znanj in parametrov bomo v sklopu DS1 lahko pričeli z razvojem koncepta in kasneje prototipa, ki bo nato nadgrajen/razvit, izdelan, testiran in primerjan z drugimi obdelovalnimi procesi (dosedanjim postopkom lepanja). Poleg ustrezno izbranih CNC strojev bo potrebno poskrbeti še za primeren vpenjalni sistem za vpenjanje keramičnih diskov, za primerno držalo orodja in rezalno ploščico, za laserski asistenčni sistem (laserski vir, vodenje žarka, primeren kolimator) ter za robotsko roko za avtomatizirano manipulacijo s surovci in končnimi izdelki.

  • DS2: Splošna raziskava in analiza vpliva tehnologije odrezavanja varistorske keramike na radij robu keramike, paralelnost površin, hrapavost površine in obrabo orodja:
    • radij robu varistorske keramike,
    • kakovost obdelave površine, in
    • obraba in obstojnost.

 

  • DS3: Raziskava nadgradnje procesa odrezavanja keramike z vpeljavo laserske asistence
    • analiza kakovosti obdelanih površin in eventualnih degradacij obdelanih površin/izdelkov,
    • aplikativna postavitev toplotnega modela za napovedovanje kakovostnih smernic, in
    • proizvodnja, testiranje in optimizacija sistema/tehnologije.