Onopgemerkte adhesieproblemen kunnen je productie danig in de war schoppen. Kleine verontreinigingen verstoren namelijk de hechting van verf, lak of coatings. Brighton Science ontwikkelde een meetoplossing die in weer en wind direct antwoord geeft op de vraag: is het oppervlak tot op de nanometer schoon? Het bedrijf uit Cincinnati is de eerste Amerikaanse technologieaanbieder die zich in deze nieuwe Link-rubriek presenteert.
Het onzichtbare wordt zichtbaar met slimme waterdruppelmeter
Siliconen en andere verontreinigingen zijn funest als je een product wilt coaten of verven. In autofabrieken gelden daarom heel strikte regels om ervoor te zorgen dat de oppervlakken goed schoon zijn voordat een nieuwe laklaag wordt aangebracht. Maar als operators zich niet netjes aan de voorschriften houden en vuil op het object blijft zitten, kunnen er bubbeltjes in de lak ontstaan. Dat ziet er natuurlijk lelijk uit. Het spreekt voor zich dat autofabrikanten er veel aan gelegen is om dat te voorkomen.
Met het BConnect-systeem is het mogelijk om ook in het veld de watercontacthoek te meten. Foto: Brighton Science
De uitdaging is dat regels in de praktijk niet altijd afdoende werken. ‘Als er iets misgaat in de hechting, komt dat in verreweg de meeste gevallen door menselijke fouten’, weet Andrew Reeher, ceo van het Amerikaanse Brighton Science. ‘Een operator heeft dan te lang gewacht tussen de behandeling en het aanbrengen van de nieuwe laag, er was een onbekende of onverwachte bron van verontreiniging in de buurt, of hij heeft simpelweg de verkeerde materialen gebruikt.’
Ter illustratie van dat laatste vertelt Reeher over een vliegtuigfabrikant waar het in een van de drie productieshifts vaker fout ging dan in de andere shifts. Nader onderzoek wees uit dat medewerkers niet het voorgeschreven oplosmiddel gebruikten. ‘Dat vonden ze te veel stinken dus hadden ze iets anders uit de kast gepakt’, zegt hij. ‘Dat soort keuzes ondermijnen heel regelmatig de boel.’ Zijn bedrijf biedt een oplossing voor dergelijke problemen.
Joint Strike Fighter
Meer dan twintig jaar geleden begon Brighton Science als een ontwikkellab voor plasma-gepolymeriseerde coatings. Onder leiding van hoofdonderzoeker en oprichter Giles Dillingham groeide het bedrijf in Cincinnati uit tot een specialist in de materiaalwetenschap, met een scherpe focus op metingen aan de reinheid van oppervlakken.
Zo’n tien jaar geleden raakte Brighton Science betrokken bij een groot project van de Amerikaanse luchtmacht rondom de F-35 Joint Strike Fighter. Wat was het probleem? ‘Die vliegtuigen bestaan voor een groot deel uit composieten’, vertelt Reeher. ‘In de vijf uur dat ze maximaal aan de grond mogen blijven staan, moeten monteurs heel wat onderhoudswerkzaamheden uitvoeren. Voor een aantal daarvan is het letterlijk van levensbelang dat een oppervlak goed is gereinigd. Maar hoe kan een operator dat controleren midden op de landingsbaan?’
Oppervlakte-energie
Dillingham en zijn collega’s vielen terug op het natuurkundige principe van de contacthoek oftewel de hoek tussen de bolling van een vloeistofdruppel en het oppervlak waarop die druppel ligt. Bedenk wat er gebeurt als je je auto goed in de wax zet. Regendruppels blijven dan op het dak liggen en zijn meer bolvormig: de contacthoek is groter. ‘Trekt het oppervlak echter zo’n druppel aan, dan is de zogenaamde oppervlakte-energie laag, de druppel platter en de contacthoek dus kleiner’, legt Reeher uit. De contacthoek is daarmee een eigenschap van het oppervlak. Verontreinigde objecten hebben een andere oppervlakte-energie en zullen dus een andere contacthoek vertonen.
‘Oppervlakte-energie is een nieuwe indicator in je productieverbeterproces’
Hoewel het effect al heel lang bekend is, was het lange tijd alleen mogelijk om de contacthoek te meten in een laboratoriumopstelling. De Amerikaanse luchtmacht was daar niet mee geholpen. Brighton Science willywortelde een handheld oplossing in elkaar: de BConnect. Deze bestaat uit een meetkop waarmee je via inkjettechnologie microdruppeltjes kunt genereren, die samen een mooie waterdruppel vormen. Als die druppel zich heeft opgebouwd, meet het apparaatje de contacthoek die je vervolgens kunt aflezen op het controleschermpje in je hand. ‘Het mooie is dat je het meetgebied isoleert en dus geen last hebt van omgevingsfactoren zoals wind. En je kunt desnoods op z’n kop meten, bijvoorbeeld aan de onderkant van een vliegtuigvleugel’, zegt Reeher. ‘Omdat je gelijk een uitslag krijgt, is onze tool te vergelijken met wat een waterpas voor timmermannen is.’
Van hartstent tot windturbinewiek
Brighton Science ziet heel veel toepassingsgebieden voor zijn watercontacthoekmeter. ‘Dat loopt van vliegtuigen en auto’s tot medische componenten en elektronica’, somt Reeher op. ‘Van een hartstent van een paar millimeter tot een windturbinewiek van zestig meter lang. Overal waar je aan de hand van de oppervlakte-energie verontreinigingen kunt detecteren, kun je met ons BConnect-systeem de hele dag door metingen doen om te bepalen of het oppervlak klaar is voor zijn volgende behandeling.’
Yannick Schilly van Altix Consulting. Foto: Alexander Pil
Uiteraard zit er een limiet aan de verontreinigingen die met de oplossing van Brighton Science boven water komen. De beperkende factor is de grootte van de noodzakelijke waterdruppel. ‘Als ze breder zijn dan een millimeter, kunnen we ze detecteren’, weet Reeher. ‘Hechtingsproblemen treden meestal op als verontreinigingen groter dan een millimeter worden.’
Omdat er maar heel weinig voor nodig is om de oppervlakte-energie te veranderen, ligt de minimale dikte waarbij het systeem een verschil registreert, beduidend lager. ‘Dan hebben we het over twee nanometer’, aldus Reeher. ‘In het lab kunnen we overigens nog nauwkeurigere metingen doen, maar de BConnect is juist bedoeld om in het veld metingen uit te voeren.’
Link magazine juni/juli 2023. Thema: Groot maar toch wendbaar. Lees Link magazine digitaal of vraag een exemplaar op bij mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
Inline meten
Ook op de Europese markt denkt Brighton Science hoge ogen te kunnen gooien met zijn draagbare oplossing. Om beter beslagen ten ijs te komen, schakelde het Amerikaanse bedrijf voor die stap Altix Consulting in. Op doorreis in Nederland vertelt Altix-directeur Yannick Schilly in een hotellobby vlak bij Schiphol wat hem aantrok in de oplossing van Brighton Science: ‘Toen ik de technologie een paar jaar geleden voor het eerst zag, dacht ik: dit is heel cool en revolutionair. Ze maken het onzichtbare zichtbaar.’ Met zijn jarenlange ervaring in de maakindustrie zag Schilly de potentie: ‘Je kunt het flexibele meetsysteem namelijk onderdeel maken van je productieproces en inline meten en controleren of het oppervlak voldoet. Zelfs met de inzet van een robot, zodat je verlost bent van menselijke variaties. Het past dus helemaal bij de eisen van smart industry.’
De nieuwste ontwikkeling van Brighton Science ligt precies in die lijn. Reeher: ‘Je kunt de watercontacthoekmeter nu ook aan een netwerk koppelen en de meetgegevens centraal opslaan en analyseren. Zo zorgen we voor traceerbaarheid in de keten. Als er later in het proces of tijdens de levensduur van het product iets misgaat, kun je terugkijken en aantonen dat het niet aan de verbinding ligt.’ Ook zijn zo resultaten van verschillende productiesites met elkaar te vergelijken. Misschien blijkt de fabriek in bijvoorbeeld Hongarije onder de maat te presteren. ‘Dan heb je nu de data beschikbaar en kun je ingrijpen. Zo wordt de oppervlakte-energie een nieuwe indicator in je productieverbeterproces.’
Minder afval
Schilly ziet nog een ander positief aspect aan de technologie. ‘In het verleden moesten bedrijven accepteren dat ze een paar procent uitval hadden door hechtingsproblemen’, weet hij. ‘Er was immers geen manier om verontreinigingen vroegtijdig en inline op te sporen. Nu kan dat wel, waardoor er minder afval wordt gecreëerd, de kwaliteit omhoog gaat en je meer kunt verdienen, terwijl je je gelijk als duurzaam bedrijf kunt profileren.’
