ExtruTeC er et 4-års prosjekt, med oppstart 1. september 2020. Det er et samarbeid mellom Hydro Extruded Solutions AS, Cybernetica AS, forskningsstiftelsen SINTEF og NTNU. Prosjektets hovedmål er å utvikle et digitalt rammeverk for temperaturregulering i ekstrudering av aluminium. Dette innbefatter modellering av ekstruderingsprosessen og digitale tvillinger som vekselvirker med temperatursensorer for å optimalisere prosessen.
Ekstruderingsprosessen er karakterisert av en kompleks vekselvirkning mellom boltmaterialet, ekstruderingsverktøyet og prosessparametere. For tynnveggede ekstruderte profiler, som multiport extrusions (MPE), er temperaturkontroll avgjørende. Mangel på temperaturkontroll kan gi kvalitetsproblem, som overflatedefekter i form av pick-ups eller rivning i indre profilvegger og tilhørende reduksjon i produktivitet siden hastigheten må justeres for å unngå kvalitetsproblem ved for høye max utløpstemperaturer.
I prosjektet har Cybernetica utviklet og implementert nye modell-baserte metoder for temperaturoptimalisering og regulering, basert på deres CENIT programvare. Dette har gjort det mulig å styre temperaturen over en press-syklus, og oppnå presis kontroll på utløpstemperaturen for tynnveggede ekstruderte profiler. I 2021 og 2022 jobbet Cybernetica og NTNU med koblede modeller for boltoppvarming og temperaturutvikling under ekstruderingsprosessen, hvor effekten av målte temperaturer er inkludert. Disse modellene ble installert på Hydros pilotpresse i Tønder. I 2022 og 2023 optimaliserte Cybernetica kjølesyklusen under ekstruderingen, og inkluderte reguleringsstrukturer for holde utløpstemperaturen konstant ved å variere og kontrollere både kjølingen og pressehastigheten. I 2022 ble CENIT digitale tvilling og styringssystem implementert på pilotpressen i Tønder og tester i produksjon ble startet i 2023. En parallell aktivitet for implementering av CENIT ble også startet, og før sommeren 2024 har 5 MPE profiler blitt godkjent for å kunne ekstruderes under full kontroll av CENIT styringssystemet. Planer for vilder testing og utrulling er under utarbeidelse.
En PhD student ble ansatt ved NTNU fra august 2021 for å studere videre optimalisering av ekstruderingsprosessen. Studenten har deltatt på en konferanse, og har sendt en artikkel for publikasjon. For å kunne fullføre PhD oppgaven ved NTNU har prosjektslutt blitt forskjøvet til slutten av 2025.
Hydro har utført et stort antall ekstruderingsforsøk i sin pilotpresse i Tønder. Dette inkluderer instrumentering for temperaturmålinger med termoelement i verktøypakker. Idealiserte lab-kjøleforsøk er også gjort hos Hydro Karmøy. En målsetning for disse forsøkene har vært å oppnå en bedre forståelse for hvordan kjøling av ekstruderingsverktøyene påvirker temperaturutviklingen og temperaturfordelingen under ekstruderingsprosessen og max utløpstemperatur for tynnveggede ekstruderte profilene. Forsøk er også gjort for å løse problem med flytubalanse mellom forskjellige profilutløp knyttet til enkelte kjølekanaldesign. Fra 2023 er det gjort en mengde forsøk for testing og validering av profiler for godkjenning for ekstrudering under full kontroll av CENIT styringssystemet. Dette inkluderer kvalitetskontroll, som sjekking av indre profilvegger.
I 2020 og 2021 jobbet SINTEF med detaljerte modeller for ekstruderingsprosessen (med Altair HyperXtrude) og for de idealiserte kjøleforsøkene hos Hydro Karmøy (med ANSYS Fluent). En målsetning med dette arbeidet var å få en bedre forståelse for sammenhengen mellom den målte temperaturen i verktøypakken og max utløpstemperatur, som ikke kan måles. I 2021 studerte SINTEF hvordan forskjellige design av kjølekanaler påvirket max utløpstemperaturer. I 2021 og 2022 studerte SINTEF flytubalanse mellom forskjellige profilutløp, knyttet til visse kjølekanaldesign. I 2022 og 2023 studerte SINTEF hvordan reduksjonsforholet under ekstrudering (fra bolt til profil) påvirker max utløpstemperatur for forskjellige profiler. I 2023 og 2024 ble det gjort transiente simuleringer av temperaturutviklingen over flere boltsykluser, med og uten kjøling, av utvalgte profiler som skulle godkjennes for CENIT styringssystemet, for å estimere max. utløpstemperatur for disse profilene.
Hydro Extruded Solutions - Precision Tubing produces thin walled MultiPort Extrusions (MPE) and round tubes. From the market, there is a continuous strong pull towards reduced tube weight and wall thickness and stronger alloys. Over the last years the typical MPE wall thickness has been reduced from 0.45 mm to 0.20 mm. It is Hydro's strategy to work towards further wall thickness reductions, while at the same time implementing stronger alloys. However, the achievements with thinner walls and stronger alloys have led to new challenges related to local overheating and more challenging flow balance. A major reason for this is a lack of temperature control. To achieve further wall thickness reduction with stronger alloys, there is therefore demands for much tighter temperature control than what has been needed earlier. The planned innovation involves:
- To achieve full temperature control for extrusion of thin walled MPE profiles. This involves both the spatial temperature distribution and the temperature evolution over the press cycle.
The project will develop and implement new model based optimising control schemes: A supervisory system for batch cycle optimisation, and a rapid, high precision model predictive temperature control system. This will make it possible to control the temperature over the press cycle and yield precise control of the exit temperature of thin walled MPEs. Such temperature control represents a major step change with respect to today's process capability for MPEs. With this project, MPE has been chosen as a strategic product for establishing high precision temperature control for extruded products. There are currently close to 150 extrusion presses owned and operated by Hydro, and the temperature control developed in this project, will in the longer term be of major importance for other extrusion products and markets.