Industrie mist hoogleraar thermisch design

Theo Ruijl is cto bij MI-Partners.

26 april

De grootste mechanische storingen in een machine worden veroorzaakt door trillingen en temperatuurschommelingen. Als je die niet allebei goed onder controle hebt, kun je een nauwkeurig systeem gevoeglijk op je buik schrijven. In de regio is er heel veel kennis over dynamica, over goed mechanisch ontwerpen en over demping. Hele generaties werktuigbouwers zijn opgevoed met de constructieprincipes en Des Duivels Prentenboek van de grote leermeesters Rien Koster en Wim van der Hoek. Maar bij de meeste bedrijven staat de thermische huishouding nog in de kinderschoenen.

Iedere constructeur die een hoge nauwkeurigheid wil halen, wordt vroeg of laat geconfronteerd met thermische effecten. Temperatuurvariaties, drift, een opwarmende motor: het heeft allemaal zijn weerslag op de prestaties van een systeem. Natuurlijk kun je het best negeren, maar dan duikt er ineens een concurrent op die de thermische aspecten wel op orde heeft en je aftroeft.

In de hightechindustrie zijn er genoeg ontwikkelaars die worstelen met die thermische verstoringen. Bij ASML zijn de thermische uitdagingen op dit moment groter dan de dynamische. Er wordt een enorme hoeveelheid licht in die machines gepompt. Het is onvermijdelijk dat de wafer daardoor opwarmt en vervormt. Omdat er allerlei niet-lineaire effecten optreden, is het heel lastig die verstoringen te modelleren, laat staan ze te corrigeren. Ook Thermo Fisher heeft het onderwerp nadrukkelijk in het vizier, onder meer omdat er met zijn microscopen preparaten worden bekeken onder cryogene condities.

Bij veel andere bedrijven in de hightech ontbreekt het nog aan diepgaande thermische kennis. Dat komt voor een belangrijk deel door een hiaat in de opleiding van hun engineers. De technische universiteiten leveren prima mensen af in de dynamica en de regeltechniek, maar die hebben geen kaas gegeten van thermische effecten in mechatronische systemen (tems). Sinds TUE-hoogleraar Piet Schellekens een jaar of vijftien geleden met pensioen is gegaan, zijn thermisch design en metrologie ondergeschoven kindjes. Niemand heeft die onderwerpen serieus opgepakt, ook niet in Delft of Twente. Met Hans Vermeulen is er op de Eindhovense universiteit sinds een paar jaar een deeltijdhoogleraar die ze wel op de agenda heeft staan. Voor zijn Mechatronic System Design-groep is geavanceerde thermische controle echter een van de vele thema’s. Bovendien is een groot deel van de vaste staf van Schellekens inmiddels vertrokken.

ABI Motion Control

In Duitsland staat het beter op de kaart. Daar is een grote industrie rondom machinetooling waar thermische effecten een vooraanstaande rol spelen. Duitse machinebouwers en kennisinstellingen weten elkaar goed te vinden rond tems. Onder meer op de Fraunhofer-instituten draaien ze verschillende goede onderzoeksprojecten. En ook in Spanje lopen mooie tems-onderzoeksprogramma’s.

Dat we in Nederland geen gespecialiseerde hoogleraar hebben, is een groot gemis. Er zitten zo veel fundamentele uitdagingen aan die thermische aspecten. De industrie zit te springen om die knowhow. Ondanks die leemte lopen er bij verschillende Nederlandse bedrijven redelijk wat thermische specialisten rond. Allemaal selfmade men die het vak in de praktijk hebben geleerd. Hoe zij met een mechatronicabril naar thermische effecten kijken, is vrij bijzonder. Het is echt anders dan een zuiver natuurkundige benadering waarbij het vaak om de thermodynamica in processen gaat. De link met de mechatronica maakt dat we een unieke kans hebben om onze hightechindustrie een boost te geven. Zeker als ze er op de universiteiten op inspringen.