Onderzoeksprogramma Duurzaam Produceren

De programmalijn ‘Duurzaam Produceren’ beschikt over onder andere een Engel Victory 50 Tons spuitgietmachine, een enkelschroefextruder van CONEXTRU, een dubbelschroefextruder van KrausMaffei en een HR-10 rheometer van TA instruments. Met deze apparatuur kunnen de simulaties en analytische oplossingen van het lectoraat gevalideerd worden in de praktijk. 

Onderdeel van de Master Polymer Engineering is de module reologie. Deze module voorziet je van waardevolle theoretische kennis over polymeergedrag en de volledige reeks aspecten die bij het extrusieproces en spuitgieten komen kijken. We behandelen alles, van materiaalvervorming tot kunststofverwerking, met aandacht voor zaken zoals matrijsontwerp, sluitkracht, injectietijd, koeltijd en de opbouw van de matrijs.

Wat kun je verwachten van deze module?

Je leert hoe je cruciale functionele vereisten voor een ontwerp kunt vaststellen, zodat je de juiste productiemethoden kunt selecteren die aan die eisen voldoen. Dit alles wordt versterkt door tal van praktische voorbeelden en je krijgt ook de kans om vertrouwd te raken met simulatietechnieken.

De module is onderverdeeld in vier kernonderdelen:

1. Reologie en mechanica van polymeren
2. Verwerking van polymeren
3. Testen van polymeren
4. Simulatietechnieken

Dit is een gestructureerde reis door het domein van polymeren en productieprocessen, waarbij de nadruk ligt op het vergaren van waardevolle en toepasbare kennis. 

Binnen de minoren ‘Production Engineer’ en ‘Thermodynamical Engineer’ op Windesheim worden minoropdrachten uitgevoerd binnen de programmalijn ‘Duurzaam Produceren’. Hierbij worden de studenten in een korte tijd betrokken bij het onderzoek van het lectoraat. De minoropdrachten kunnen gaan over simuleren, praktijkexperimenten, optimalisatie van processen of producten en nog veel meer.

Voor stage- en afstudeeropdrachten is binnen de programmalijn ‘Duurzaam Produceren’ veel ruimte. Opdrachten kunnen vaak op maat gemaakt worden, zodat ze naadloos aansluiten op de verwachtingen en eisen vanuit Windesheim. De opdrachten kunnen een sterk praktische invulling of een sterk theoretische invulling hebben, maar ook alles daartussenin. 
Met experts binnen handbereik en de faciliteiten voor het uitvoeren van goed onderzoek is dit dé plek om jouw onderzoekskwaliteiten te laten zien en verder te ontwikkelen.

In dit TechForFuture(opent in nieuw tabblad)-project is een methode ontwikkeld om mengelementen te optimaliseren op basis van numerieke simulaties (Computational Fluid Dynamics, CFD). Er is een numerieke procedure ontwikkeld om het stromingsveld in de extruder te berekenen. Door deeltjes in dit veld te volgen, worden gegevens verzameld om distributieve menging te bepalen. 

Op basis van deze gegevens zijn meetwaarden, zoals de zogenaamde residentietijddistributie en Shannon-entropie, gebruikt om de menging te kwantificeren. Op deze manier kunnen numerieke waarden worden vergeleken met experimentele waarden, zodat de ontwikkelde procedure kan worden gevalideerd met experimenten op laboratoriumschaal met verschillende mengelementen in een enkelschroefextruder. 

Uiteindelijk kan deze numerieke procedure worden gebruikt om verschillende mengelementen te analyseren, optimaliseren en beoordelen met betrekking tot hun prestaties. Het werk is uitgevoerd in nauwe samenwerking met Wavin T&I(opent in nieuw tabblad).

Bekijk de onderzoeksresultaten hieronder:

Deel I Experimental Validation(opent in nieuw tabblad)

Deel II Simulation Method(opent in nieuw tabblad)

Deel III Mixing Quantification(opent in nieuw tabblad)

Het extruderen van ongevulkaniseerd rubber is een essentieel proces in de bandenindustrie. Wanneer rubber wordt geëxtrudeerd, zal het materiaal uitzetten, een fenomeen dat ‘Die-Swell’ wordt genoemd. De mate van Die-Swell is afhankelijk van verschillende procesparameters, waaronder de vorm van de matrijs, de productiesnelheid, de rubber samenstelling en het elastische gedrag van het rubber. Het ontwerpen van extrusiematrijzen is een kostbaar en tijdrovend proces vanwege de Die-Swell. Numerieke simulaties van het extrusieproces kunnen helpen bij het ontwerpen van de matrijzen.

Traditionele numerieke methoden, gebaseerd op de vloeistofmechanica, kunnen worden gebruikt om stromingspatronen en drukopbouw (stroomweerstand) binnen de matrijs te simuleren. Echter, Die-Swell brengt specifieke complexiteiten met zich mee vanwege de visco-elastische aard van het materiaal en de ingewikkelde randvoorwaarden. 

Dit onderzoek stelt een procedure voor om het ontwerp van extrusiematrijzen voor industriële rubberextrusie te ondersteunen door reologische metingen te combineren met numerieke simulaties. De gesimuleerde Die-Swell wordt geverifieerd met experimentele resultaten. Deze aanpak kan helpen bij het optimaliseren van het ontwerp van extrusiematrijzen in de bandenindustrie, wat mogelijk leidt tot verbeterde productieprocessen en lagere kosten.

Dit project, genaamd 'KOENST', gefinancierd door de Nederlandse Overheid via de Innovatie Alliantie Stichting (SIA) in het kader van het 'Raak International' programma, richt zich op het ontwikkelen van energie-efficiënte productietechnologieën voor kunststof met hernieuwbare energiebronnen. 

Samenwerking met de Universiteit van Duisburg heeft geleid tot drie belangrijke focusgebieden: energieoptimalisatie van productieprocessen, gebruik van alternatieve en duurzame energiebronnen, en hergebruik en opslag van restwarmte. 

De projectresultaten worden gepresenteerd in twee documenten. Deel één richt zich op het gebruik van alternatieve en duurzame energiebronnen, terwijl deel twee de focus legt op de andere twee gebieden, namelijk energieoptimalisatie van productieprocessen en het hergebruik en de opslag van restwarmte. Hieronder vind je beide rapporten.

KOENST Deel I (opent in nieuw tabblad)

KOENST Deel II(opent in nieuw tabblad)

De naam 'KOENST' is afgeleid van de Duitse en Nederlandse woorden voor 'kunst' en symboliseert dat duurzaamheid van energie gewaardeerd wordt, afhankelijk van hoe je ernaar kijkt, vergelijkbaar met kunstwaardering.

Dit onderzoek in samenwerking met Philips(opent in nieuw tabblad) Consumer Lifestyle B.V. beoogt een alternatief te vinden voor 2K spuitgieten bij het ontwerpen van scheerapparaatgrepen. Het doel is om de gewenste combinatie van stijfheid en zachtheid te bereiken met slechts één polymeer, met name een door glasvezel versterkt Softell-polymeer. 

De studie richt zich op het optimaliseren van zachtheid door het verminderen van vezels aan het oppervlak van het product door middel van diverse oppervlaktestructuren. Experimenten met spuitgieten en simulaties met Moldex3D worden uitgevoerd om de relatie tussen vezelgedrag en productzachtheid te onderzoeken. 

Resultaten tonen aan dat oppervlaktestructuren met minder vezels aan het oppervlak leiden tot een hogere zachtheid, met lagere wrijving als belangrijkste factor. Bovendien hebben grovere oppervlaktestructuren de neiging zachter te zijn dan fijnere patronen vanwege verminderde wrijving door minder vezels loodrecht op het oppervlak. 
Kortom, oppervlaktestructuren en hun dimensies beïnvloeden het gedrag van glasvezels en hebben invloed op de zachtheid van een product.

Gedurende dit project hebben wij samengewerkt met veel verschillende partijen uit de industrie. Hieronder een overzicht. 

Ons logo is opgebouwd uit een blauwe cirkel, twee tandwielen en een plantje om het concept van duurzaam produceren op een visueel aansprekende manier over te brengen. 
De blauwe cirkel staat voor de planeet en vertegenwoordigt de verantwoordelijkheid die we dragen om onze natuurlijke hulpbronnen te beschermen en te behouden. De kleur blauw symboliseert integriteit en betrouwbaarheid, waarmee wordt benadrukt dat duurzaam produceren een betrouwbare en ethische benadering is.

De twee tandwielen symboliseren de industriële productie en technologie. Ze draaien in harmonie met elkaar, wat de samenwerking benadrukt die nodig is voor duurzaam produceren. 

Het plantje in het logo vertegenwoordigt groei, leven en hernieuwbaarheid. Het benadrukt dat duurzaam produceren niet alleen draait om behoud, maar ook om het mogelijk maken van groei in ontwikkeling zonder schade aan onze planeet. 

Samengevoegd symboliseert dit logo dus het idee van duurzaam produceren als een verantwoordelijke, efficiënte en groeiende benadering om de balans tussen industrie en milieu te behouden en te verbeteren.