InDam

Dit onderzoek gaat over demping. Demping is hoe snel de trilling stopt nadat bijvoorbeeld een staaf met een hamer is aangeslagen. Goede demping is noodzakelijk voor zaken als auto’s die over een weg rijden tot machines die op hoge snelheid accuraat moeten produceren.

Er is naar de mogelijkheid gekeken om voor de Nexperia ADAT3_XF machine de bestaande dempers te vervangen door monolithische (uit één stuk) metaal geprinte dempers, waarin de demping wordt veroorzaakt door de in kamers opgesloten poeders. Uitgevoerd onderzoek heeft aangetoond dat de aanwezigheid van poeder in teststaven demping oplevert. Extra geometrie in de teststaven heeft beperkt invloed op demping, de hoeveelheid van het poeder is belangrijker.[1]

De dempers van de Nexperia ADAT3_XF moeten een specifieke kracht kunnen opnemen, een specifieke stijfheid hebben en voldoende bewegingsvrijheid hebben die ook nog in een specifiek frequentiegebied vallen. Daarom is ervoor gekozen een testdemper te printen. Namelijk, een cilinder met een doorlopende as waarin tussen de cilinderwand en as dunwandige afdichtingen zijn geprint (bladveren) die afgesloten kamers met poeder binnen de cilinder vormen.



Figuur 1 Doorsnede ontwerp test demper, zonder poeder in de kamers, maten in millimeters
Figuur 2 Metaal 3D-geprint product


Er mag geen poeder vrij komen tijdens gebruik, dit is gevaarlijk voor gezondheid en het productieproces. Dit testonderdeel heeft ten gevolge van de afsluiting van bladveren echter maar een vrijheidsheidsgraad vrij, namelijk in de richting van de as. De stijfheid van deze testdemper is gemeten, de stijfheid van de poeder in de kamer is niet verwaarloosbaar. Deze is veel hoger dan de simulatie van de demper zonder poeder laat zien. De demping van dit testmodel is kwantitatief aangetoond. Het onderzoek naar deze reële toepassing heeft aangetoond dat de mogelijkheden beperkt worden door de relatief lage vermoeiingssterkte van het geprinte materiaal bij de gebruikte toepassing.


[1] https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101752

Voor de fabricage en assemblage van elektronische onderdelen worden geavanceerde machines gebruikt die een hoge snelheid paren aan een hoge nauwkeurigheid. De hierbij optredende positioneerfouten worden mede veroorzaakt door trillingen. Demping is nodig om de gewenste nauwkeurigheid te halen. Veelgebruikte dempingsmethoden werken niet voor deze gevoelige assemblagesystemen: een viskeuze demper kan op gevoelige elektronica lekken en Coulombse wrijving vertoont onvoorspelbaar dynamisch gedrag.
Een innovatieve oplossing lijkt gevonden in het slim toepassen van 3D metaalprinten: een technologie die in de Brainport regio sterk in opkomst is. Onderdelen uit trillingsgevoelige assemblagemachines zouden met 3D printen gemaakt en van “interne demping” voorzien kunnen worden. In het inwendige van het geprinte metalen onderdeel worden hierbij kleine structuren verwerkt die de trillingsenergie absorberen.
Het Centre of Expertise HTSM van Fontys onderzoekt reeds enkele jaren 3D metaalprinten in nauwe samenwerking met machinebouwers. Interne demping wordt tot nu toe nog niet toegepast en kan een significant concurrentievoordeel voor de toeleverketens en OEMers in de regio bieden. Voor het succesvol ontwikkelen van deze nieuwe technologie is 3D printkennis, machinebouwkennis en expertise op gebied van machinedynamica noodzakelijk. In de Brainport regio en het consortium in het bijzonder is deze kennis verenigd. De belofte van hogere productiesnelheden maakt het bestaande netwerk van expertise en productieketens sterker en aantrekkelijker.
De technische uitdaging schuilt in het samenspel van metaalpoeder en de laserstraal die dit poeder smelt. Kleine insluitsels van poeder of microscopische structuren moeten trillingen tegengaan zonder de andere gewenste eigenschappen van onderdelen te beïnvloeden. Dit project gaat gestructureerd te werk, van onderzoek naar metaalpoeders en mogelijke microstructuren naar proefopstellingen voor daadwerkelijke machineonderdelen. Eindresultaat is een nieuwe productiemethode vastgelegd in ontwerprichtlijnen waarmee o.a. halfgeleiderassemblage een significante prestatieverbetering kan gaan realiseren.