Inzichtelijke cursus precisietechniek, met veel praktijkvoorbeelden’.

Het ontwerpen van gereedschappen voor een elektronenmicroscoop op micron-niveau was een uitdaging voor de Zuid-Afrikaanse Rosca de Waal, System Designer Mechanics bij Sioux Technologies. Daarom volgde hij de cursus Design principles for precision engineering aan het High Tech Institute. ‘Er gingen allemaal gloeilampen branden in mijn hoofd.’

Ik heb me nooit gerealiseerd hoezeer ik behoefte had aan een balans tussen werk en privé voordat ik hierheen kwam’, roept Rosca de Waal uit als hem gevraagd wordt naar de verhuizing van zijn geboorteland Zuid-Afrika naar Eindhoven. Natuurlijk is hij enthousiast over zijn werk als System Designer Mechanics bij Sioux Technologies. Maar wat hem vooral opvalt zijn de betere werkomstandigheden.

De afgestudeerde van de Universiteit van Stellenbosch werkt nu aan een elektronenmicroscoop voor Thermo Fisher. In Zuid-Afrika bouwde hij telescopen voor aardobservatie voor het bedrijf Simera Sense, maar zijn nieuwe project bij Sioux vereiste een hoger niveau van precisietechniek dan hij gewend was. Daarom deed hij mee aan de cursus Design principles for precision engineering aan het High Tech Institute.

Het is een ontmoedigende en intimiderende taak als je iets tot op microniveau nauwkeurig moet afstellen”, zegt hij. Het is niet alleen de kleine schaal waarop we werken. Het is de omgeving in de microscoop die het zo veel uitdagender maakt. Je hebt zeer beperkte ruimte binnenin en bovendien werk je onder hoog vacuüm. De omgeving binnenin moet ook heel schoon zijn en de precisie moet behouden blijven bij verschillende temperaturen.

Sioux is mede-ontwerper van Energy Dispersive X-ray detectoren voor Thermo Fisher elektronenmicroscopen. Elektronen die direct en indirect het monster raken genereren een beeld, maar deze elektronen genereren ook röntgenstralen. De EDX-detector detecteert de röntgenstraling die van het monster afkomt en zet deze om in materiaalanalyse. Dit biedt een aantal ontwerpuitdagingen. De detector moet worden uitgelijnd met de baan van de röntgenstralen en moet zich in een precieze oriëntatie bevinden ten opzichte van het monster en de poolstukken.

Hoe dichter de detector bij de poolstukken staat, hoe meer röntgenstraling je verzamelt en hoe sneller je genoeg gegevens hebt, voordat de elektronen het monster beschadigen’, zegt de Waal. Maar er zit een risico aan, want je wilt het monster of de pool niet aanraken. Dat is een heel groot risico. Je wilt er zo dicht mogelijk bij zitten, maar toch wat ruimte voor fouten overlaten. Dat moeten we allemaal op micron-schaal doen.

Multidisciplinair

Sioux is een bedrijf dat werkt aan complexe multidisciplinaire systeemontwikkeling. De overname van Sioux CCM tien jaar geleden, stelde hen in staat om hun expertise in werktuigbouwkunde op te bouwen. Vandaag de dag bouwt de Waal voort op dit multidisciplinaire team.

Voor de EDX-detector was ik betrokken bij de tooling en de mechanische uitlijning van de sensoren”, zegt hij. We hebben ons elektrische team, dat de elektronica heeft ontworpen. Sioux heeft ook de software ontwikkeld. Dit was een multidisciplinair project. We hebben zelfs een Mathware-afdeling, die bestaat uit een team van natuurkunde- en wiskundepromovendi, die ons hielpen bij het berekenen van stijfheid en stijfheid. Dat was belangrijk omdat we bijvoorbeeld niet te veel spanning konden uitoefenen bij het plaatsen van de sensoren. We hadden een tolerantiebudget waar we binnen moesten blijven. Zo niet, dan zou dat tot een worst-case scenario kunnen leiden. Alle vaardigheden die je binnen Sioux vindt, hebben we in dit project gebruikt.’

Leren omgaan met deze uitdagingen is de reden waarom de Waal de cursus Ontwerpprincipes voor precisietechniek aan het High Tech Institute volgde. ‘Natuurlijk gaven mijn collega’s me advies. Maar deze training heeft me echt geholpen om mijn geest te openen. Iets kan heel eenvoudig zijn als je alle basisconcepten die eraan ten grondslag liggen maar begrijpt.’

Er ging een hele nieuwe wereld voor me open’, Rosca de Waal

Flexures

Een element dat een prominente plaats innam in de cursus waren buigingen. Ik was al eerder met flexures in aanraking gekomen’, zegt de Waal. Maar ik had ze nog nooit zo nauwkeurig hoeven gebruiken. Bij mijn vorige bedrijf moesten we natuurlijk ook heel precies ontwerpen. Daar gebruikten we flexures om zaken als stick-slip weg te nemen. We gebruikten ze om onze afstelling gladder te maken, maar niet om de afstelling te beperken en zo nauwkeurig te maken. In het elektronenmicroscoopproject moesten de buigingen echter passen in dit ingewikkelde systeem, waarbij rekening moest worden gehouden met meerdere factoren, zoals temperatuur, positie, afstelnauwkeurigheid en resolutie.

Als je weet hoe je ze moet gebruiken, kun je onder die omstandigheden een hoog precisieniveau bereiken met alleen buigingen en bladveren. We gebruiken hier vaak verschillende metalen, in combinatie met thermische uitzetting, om te proberen rekening te houden met verplaatsing. Als je buigingen op de juiste manier gebruikt, kun je hiermee rekening houden binnen de eisen die je stelt.

Er ging een hele nieuwe wereld voor me open. Deze zeer eenvoudige dingen kunnen op kleine schaal worden ontworpen om op kleine plaatsen te passen. Bovendien werken ze perfect in een vacuümomgeving, omdat ze gewoon van metaal zijn. Je hebt bijvoorbeeld geen speciaal vet nodig voor kogellagers.

Vijf docenten en verschillende externe experts

Door de cursus heb ik heel praktische kennis opgedaan over buigingen’, vervolgt de Waal. Voordat ik de cursus volgde, wist ik bijvoorbeeld niet tot welke resolutie en dunheid van metaal ze deze onderdelen konden bewerken. Maar door ons een reeks praktijkvoorbeelden te geven, leerden we deze informatie heel snel.’

De cursus duurde een week, met elke dag een ochtend- en avondsessie. Vijf docenten gaven les aan de studenten. Daarnaast namen externe experts deel aan bepaalde lessen om de theorie te illustreren met voorbeelden uit hun vakgebied en industrie. Dit betekende dat de sessies doorspekt waren met praktijkvoorbeelden.

Het helpt je verbanden te leggen’, zegt de Waal. ‘Opeens realiseer je je, “oh wow dit kun je daar ook toepassen”. De ene persoon legde uit hoe ze een eenvoudige buiging gebruikten om elektronische componenten in een fabriek te sorteren, en toen kwam er een andere persoon die uitlegde hoe ze vergelijkbare principes gebruikten om een volledig functionerende robotarm te bouwen. Dat was heel inzichtelijk. De docenten zelf waren ook goed thuis in hun vakgebied.

Visitekaartjes

Naast praktijkvoorbeelden deden de studenten ook veel oefeningen. Ze gaven ons visitekaartjes met van die blokjes met pushpins’, vertelt de Waal. Je kon er dan mee spelen om echt een idee te krijgen. Het is zoiets simpels, gewoon wat papier en wat blokken. Maar daarmee kun je beter begrijpen hoe bijvoorbeeld bladveren werken. Dat heeft me echt geholpen om bepaalde concepten te voelen en te begrijpen. Het helpt als je fysiek kunt voelen hoe iets werkt. De docenten hebben ook enkele voorbeelden 3D-geprint voor de klas. Tijdens de tweede helft van de vijfde dag moesten we ook iets ontwerpen. Het is één ding om de theorie te leren, maar iets anders om daadwerkelijk te ontwerpen op basis van de theorie. Tijdens deze paar uur konden we proberen alle kennis die we hadden geleerd toe te passen. De docenten begeleidden je als je vastliep of daagden je manier van denken uit. De hele structuur van de cursus was goed doordacht.

Rosca de Waal – Sioux Technologies.

De Waals klas bestond voornamelijk uit mensen uit de hightechindustrie rond Eindhoven, maar er deden ook internationale deelnemers mee, onder wie studenten uit Frankrijk, Italië en zelfs Saoedi-Arabië. Veel van hen kwamen uit de biomedische industrie.

Sinds hij de cursus in september vorig jaar volgde, is de Waal positief over de effecten die de cursus op hem en zijn carrière heeft gehad. Voordat ik de cursus volgde, had ik geen goed, dieper begrip van deze principes’, zegt hij. Maar toen ik dat eenmaal had gedaan, gingen er allemaal lampjes branden in mijn hoofd. Ik begon het project waaraan ik werkte ineens op een dieper niveau te begrijpen.

Dit artikel is geschreven door Tom Cassauwers, freelancer voor High-Tech Systems.