Réparer, rénover, remanufacturer et recycler sont des principes fondamentaux de l'économie circulaire. Pour un usage responsable des ressources, il est essentiel de réutiliser autant que possible les matières premières et les composants dans les produits. Dans la pratique, de bonnes intentions échouent souvent en raison des coûts – lorsque la récupération de ces matières premières nécessite trop de travail manuel ou est trop complexe en raison de la nature du produit. Comment faire mieux est démontré par le consortium ZIRKEL à travers des exemples de moteurs électriques et de batteries haute tension dans les automobiles : avec un design de produit qui prend déjà en compte un démontage ultérieur, et avec des processus de démontage automatisés et hautement efficaces pour récupérer des matières premières précieuses.
Les moteurs électriques sont des composants centraux de la mobilité électrique. Leur intérieur est composé en grande partie de métaux recherchés comme le cuivre et l'aluminium, ainsi que de terres rares comme le néodyme. Tous ces matériaux, dont la récupération devient de plus en plus essentielle face à la raréfaction des ressources et aux dépendances géopolitiques. Le projet ZIRKEL, financé par le ministère fédéral de la Recherche, de la Technologie et de l'Espace, a développé au cours des trois dernières années et demie des solutions pratiques pour un démontage automatisé et une valorisation matérielle exigeante de composants hautement intégrés provenant de véhicules électriques à batterie. Alors qu'une partie du consortium s'est concentrée sur les systèmes de stockage de batteries haute tension, le Fraunhofer IWU s'est focalisé sur le moteur électrique et sa valorisation matérielle.
Fraunhofer IWU : Comment défaire rapidement et efficacement des connexions de vis, même lorsque les composants sont sales ou usés ?
En réponse à cette question centrale, le Fraunhofer IWU a développé un démonstrateur robotisé adaptatif pour le dévissage automatisé. Au lieu d'un robot industriel classique, un robot portique est utilisé. Grâce à la vision par ordinateur et aux algorithmes d'IA, le système parvient à reconnaître la position et l'état des connexions de vis et à les défaire de manière ciblée, ce qui fonctionne également pour des composants fortement encrassés ou usés.
Résultat : instructions de démontage détaillées
Le point de départ était un atelier de démontage en plusieurs étapes au Fraunhofer IWU, où des moteurs arrière et avant du groupe Volkswagen ont été démontés, analysés et les étapes du processus documentées. Cela a abouti à une instruction de démontage détaillée, qui a servi de base à la définition de processus automatisés. Les connaissances acquises ont directement été intégrées dans des recommandations de conception concrètes pour des constructions adaptées à l'économie circulaire – par exemple pour l'uniformisation des connexions de vis ou pour une meilleure accessibilité des éléments de connexion en cas de démontage.
Une attention particulière a été accordée aux aimants en néodyme intégrés dans le rotor, qui contiennent l'un des matériaux les plus précieux pour la mobilité électrique. Dans le projet, différentes méthodes de remanufacturing ont été testées, telles que l'extraction mécanique après séparation préalable du paquet de tôles ou le démontage ciblé à l'aide de presses hydrauliques. Le résultat est une méthodologie pratique pour la récupération et la réutilisation des aimants avec le moins de dommages possible.
Conclusion : Ce n'est qu'avec un design pour le recyclage que la pensée circulaire devient économiquement viable
L'objectif du projet était de développer technologiquement les processus de démontage et de remanufacturing de manière à ce que même des systèmes de stockage de batteries et des moteurs électriques complexes puissent être largement automatisés et donc démantelés de manière économique. De nombreux processus et étapes de travail décrivent désormais le chemin depuis la planification de démontage assistée par CAO jusqu'à la reconnaissance automatisée des vis, en passant par la revalorisation expérimentale des matériaux magnétiques.
La solution développée a l'avantage d'être adaptative, ce qui permet de réduire considérablement les temps de réglage. Dans un premier temps, il est détecté qu'un composant se trouve dans la cellule de démontage. Ensuite (réglage fin), le système recherche des connexions de vissage déjà apprises. Il est alors possible de démonter indépendamment du composant ; la seule condition est que la tête de vis ait été entraînée une fois. Il est possible d'apprendre un nombre illimité de têtes de vis. Pour la solution matérielle économique développée, des caméras stéréo standard suffisent.
Une conclusion centrale est que le design pour le recyclage doit être une partie intégrante du développement de produits pour pouvoir fermer les boucles technologiquement et économiquement.
Le consortium ZIRKEL
Derrière ZIRKEL se cache un consortium composé d'industries et de chercheurs. Les partenaires incluent : Volkswagen AG, Liebherr-Verzahntechnik GmbH Automationssysteme, Deckel Maho Pfronten GmbH, Ascon Systems GmbH, Arxum GmbH, Synergeticon GmbH, Fraunhofer IST ainsi que la TU Braunschweig en tant que leader.
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