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Robotique - Préhension agile - Main de robot Ventouse à vide de Schmalz pour la production efficace de cellules de batterie

| Rédacteur: Jean-René Gonthier

>> En cas de transport par des ventouses à vide traditionnelles, les films extrêmement fins (de 20 à 100 μm) sont exposés à ces sollicitations mécaniques élevées et à des salissures chimiques. En cas d’utilisation de pinces Bernoulli, par contre, il faut composer avec une diminution de la vitesse de cycle et de la précision du positionnement. Avec la pince à batterie SBG, le spécialiste du vide Schmalz a développé une solution permettant d’éviter ces inconvénients.

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Pince à batteries Schmalz SBG(1) Fixation au robot(2) Évacuation contrôlée de l'air(3) Entrée optionnelle pour soupape d’air comprimé à mouvement rapide(4) Production de vide intégrée(5) Superficie de succion(6) Entrée pour capteur, par exemple pour contrôle de prise double(7) Entrée optionnelle pour commutateur à vide(8) Prise articulée pour une configuration flexible de la pince
Pince à batteries Schmalz SBG(1) Fixation au robot(2) Évacuation contrôlée de l'air(3) Entrée optionnelle pour soupape d’air comprimé à mouvement rapide(4) Production de vide intégrée(5) Superficie de succion(6) Entrée pour capteur, par exemple pour contrôle de prise double(7) Entrée optionnelle pour commutateur à vide(8) Prise articulée pour une configuration flexible de la pince
(Image: Schmalz)

Pour produire des batteries lithium-ion de façon fiable et économique, il faut pouvoir manipuler des anodes, cathodes et séparateurs délicats de façon précise et sans les endommager. L’évolution du marché de l’électromobilité et du stockage décentralisé des énergies renouvelables indique une croissance considérable de la demande en technologies de stockage performantes et économiques. Dans les ordinateurs portables et les téléphones mobiles, les batteries lithium-ion sont déjà monnaie courante. Elles ont atteint un degré élevé de maturité technologique. Elles constituent également une possibilité intéressante pour l’électromobilité et le stockage décentralisé d'électricité PV. En effet, à l’heure actuelle, elles répondent le mieux aux exigences en matière de durée de vie, de consommation d'énergie et de performances. Contrairement aux producteurs asiatiques, et en raison de leur densité plus élevée et de leur stabilité thermique, de nombreux fabricants européens de batteries et constructeurs d’installations misent sur des cellules en «pochettes» plutôt que sur des cellules cylindriques produites selon un procédé d’enroulement. Dans les cellules en pochettes, les différentes couches de matériau actif sont empilées ou pliées et emballées dans un film flexible en aluminium.

Les limites sont atteintes

Le coût de fabrication des batteries lithium-ion représente encore une part trop importante du coût total des véhicules et freine ainsi l'adoption rapide de l'électromobilité que le monde politique appelle de ses vœux. La pression sur les coûts pousse les fabricants à augmenter le rendement technique des systèmes de stockage de l'énergie et à améliorer en permanence leur processus de fabrication. Cela vaut en particulier pour le débit, le taux de rejet, la qualité des produits et la disponibilité de l’installation. Le recours à des technologies de manutention innovantes, par exemple, peut contribuer à atteindre cet objectif. En effet, les anodes, cathodes et séparateurs extrêmement fins et délicats qui composent une cellule de batterie doivent être isolés, empilés, tamponnés et transportés par Pick-&-Place avec rapidité, précision et sans contamination. Les solutions de préhension traditionnelles arrivent rapidement à leurs limites.

Des détails de construction pour une plus grande efficacité

En cas de transport par des ventouses à vide traditionnelles, les films extrêmement fins (de 20 à 100 μm) sont exposés à ces sollicitations mécaniques élevées et à des salissures chimiques.

En cas d’utilisation de pinces Bernoulli, par contre, il faut composer avec une diminution de la vitesse de cycle et de la précision du positionnement. En outre, l’air comprimé risque de salir l’espace de traitement. Avec la pince à batterie SBG, le spécialiste du vide Schmalz, basé en Forêt Noire, a développé une solution permettant d’éviter ces inconvénients.

Aucune particule de saleté

Avec la pince à batteries pour fabrication automatisée de cellules de batteries, l’utilisateur peut manipuler les électrodes et les séparateurs sans glissement et sans les endommager. Cette pince permet un volume de production élevé (cycles < 1 s), une précision de positionnement systématique (< 0,3 mm) ainsi qu'une fiabilité de processus très élevée. Grâce à la mise sous vide extrêmement rapide (< 20 ms), à la fonction de pose active et aux forces latérales élevées, la SBG permet des cycles de manipulation dynamiques, précis et sûrs. La production de vide décentralisée permet une succion rapide et sûre. L’évacuation de l’air est également intégrée : l’air utilisé pour la production de vide est évacué, ce qui permet d'éviter l'intrusion de particules de saleté dans l'espace de traitement. La possibilité d’intégrer en outre un capteur détectant la double prise d’électrodes permet d’atteindre une disponibilité élevée du système. L’Institut Fraunhofer des technologies de production et d’automatisation IPA de Stuttgart a également confirmé, par des tests de contamination, un comportement d’impression idéal. Ces qualités garantissent le rendement élevé des cellules ainsi produites.

Durée de cycle réduite

Lors de la manipulation au moyen de ventouses traditionnelles, les mesures prises pour éviter la double prise représentent une part importante de la durée effective du cycle. Elles sont compliquées (torsion / pliage de l'électrode, vibrations) et doivent être répétées à chaque cycle. Avec la SBG, par contre, le rejet des doubles prises se fait «à la volée». En 10 ms, le capteur et le système de commande détectent la présence de plusieurs électrodes ou séparateurs. La pince se trouve alors encore dans le panier de gerbage, et elle peut donc faire passer à nouveau le film devant la tuyère de séparation et poursuivre le processus sans interruption. Avec un taux de double prise de 10%, cette méthode permet de réduire la durée de cycle effective de 30%. Le capteur de double prise peut être configuré pour reconnaître les différents matériaux des anodes, cathodes et séparateurs, ce qui permet un contrôle fiable du processus. La SBG peut être équipée en option de soupapes à électro-aimant à action rapide afin d’éliminer le ralentissement de l’air comprimé dans les conduites d’alimentation, qui représente plusieurs fois la durée effective de succion dans les processus Pick&Place rapides. Les surfaces de succion de la SBG sont réalisées dans un matériau spécial non contaminant et peuvent être configurées en souplesse grâce à des logements articulés afin de s’adapter de façon optimale à la pièce. Des brides flexibles permettent de raccorder sans problème la SBG à tous les robots industriels courants. <<

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