Des exigences d'efficacité croissantes, des volumes de production en augmentation et une pression des coûts accrue posent de nouveaux défis aux fabricants d'échangeurs de chaleur. La question décisive est : quelle technologie de fabrication permettra à l'avenir d'atteindre la plus haute qualité de pièces tout en assurant une production en série économique ? Le Fraunhofer IWU peut fournir des réponses sur mesure à cette question. En plus des procédés établis tels que l'estampage à chaud (pressage) et le formage de tôles à haute pression (hydroformage), l'institut se concentre en particulier sur une technologie avec un potentiel de productivité exceptionnel : le laminage à chaud.
La particularité : les trois procédés sont développés, étudiés et qualifiés pour des applications industrielles au Fraunhofer IWU. Les entreprises reçoivent ainsi une évaluation ouverte à la technologie de la stratégie de fabrication optimale pour leurs exigences. Les compétences sous-jacentes proviennent de travaux de développement de longue date pour des plaques bipolaires dans des piles à hydrogène et des électrolyseurs.
Trois technologies, trois forces
Les plaques d'échangeurs de chaleur métalliques nécessitent des structures de canaux délicates, une grande précision dimensionnelle et une qualité reproductible. En même temps, les coûts d'investissement, l'utilisation des matériaux et la performance de production doivent être économiquement justifiables. Pour ces exigences, le Fraunhofer IWU met à disposition trois technologies de déformation différentes.
Le formage de tôles à haute pression se caractérise par une excellente formation des structures de canaux et une grande précision des pièces. Comme seule une gravure d'outil est nécessaire, les efforts d'outillage et les délais d'approvisionnement sont réduits. Le formage de tôles à haute pression passif développé au Fraunhofer IWU simplifie également considérablement la technologie d'installation requise et réduit les temps de processus. L'estampage à chaud est aujourd'hui considéré comme la norme industrielle pour la fabrication de plaques métalliques structurées. Ce procédé combine une grande sécurité de processus, des concepts d'installations établis et une production en série économique. Pour de nombreuses applications, il reste la technologie de référence industrielle.
Lorsque la productivité devient un avantage concurrentiel
Cependant, le plus grand élan de développement est attendu par le Fraunhofer IWU dans le laminage à chaud. Contrairement au pressage discontinu, la déformation se fait de manière continue entre des rouleaux de forme rotatifs. Cette cinématique de processus réduit considérablement les forces de déformation requises et ouvre en même temps des taux de production nettement plus élevés. Alors que les procédés conventionnels permettent de réaliser jusqu'à 60 pièces par minute, des performances de production de nettement plus de 100 pièces par minute sont prévues pour le laminage à chaud.
Cela crée un potentiel économique considérable, notamment pour les marchés futurs avec de grands volumes. La fabrication continue permet des concepts d'installation plus compacts, une grande efficacité matérielle et des coûts par pièce attractifs. Surtout, ce procédé ouvre de nouvelles perspectives pour des chaînes de processus entièrement intégrées de rouleau à rouleau.
Du rouleau «directement» à l'échangeur de chaleur
Le Fraunhofer IWU adopte une approche holistique. L'accent n'est pas seulement mis sur la déformation de plaques individuelles. Après le laminage à chaud continu, les pièces peuvent être directement séparées, assemblées et empilées à partir de la bande. Cela crée une architecture de fabrication hautement productive allant du rouleau à la plaque d'échangeur de chaleur finie. Cela permet de réduire considérablement les coûts d'investissement par pièce, les efforts de manipulation et les temps de production, surtout à l'échelle industrielle. La véritable force du laminage à chaud réside donc non seulement dans le processus de déformation lui-même, mais aussi dans son excellente adéquation pour des lignes de production hautement automatisées.
Savoir-faire en hydrogène pour la prochaine génération d'échangeurs de chaleur
Les bases technologiques pour cela ont déjà été établies au Fraunhofer IWU. Dans de nombreux projets de recherche et développement, l'institut a étudié, évalué et qualifié la fabrication de plaques bipolaires métalliques pour des piles à hydrogène et des électrolyseurs. Les questions précises qui sont aujourd'hui également pertinentes pour les échangeurs de chaleur modernes étaient au centre de ces travaux : structures de canaux hautement précises, faibles forces de déformation, taux de production élevés et chaînes de processus robustes.
Les connaissances acquises peuvent être directement transférées à la fabrication de plaques d'échangeurs de chaleur. En particulier, les expériences dans le traitement de bandes en acier inoxydable à paroi mince, la conception de structures d'écoulement complexes et le développement de processus de fabrication continus créent une base solide pour des applications industrielles dans le domaine du transfert de chaleur.
De l'idée à l'étude de faisabilité
Les entreprises qui souhaitent développer de nouveaux concepts d'échangeurs de chaleur ou fabriquer des produits existants de manière plus économique peuvent évaluer les technologies en collaboration avec le Fraunhofer IWU. Des études de faisabilité sont possibles sur la base de pièces prototypes d'une largeur allant jusqu'à environ 30 centimètres, d'une longueur allant jusqu'à 1 mètre et pour des épaisseurs de tôle allant jusqu'à 0,5 millimètre. Cela permet de tirer des conclusions sur la formabilité, la qualité des pièces atteignable, la rentabilité des chaînes de processus possibles et l'échelle de la production en série.
Contact :
www.iwu.fraunhofer.de
