Fakulta materiálov, metalurgie a recyklácie (FMMR) patrí medzi progresívne fakulty TUKE. Tento status nepochybne vyplýva aj z výskumných tém projektov, ktorým sa vedci na fakulte venujú.
K výskumníkom, ktorí riešia moderné a aktuálne témy súčasnosti, patrí aj prof. Ing. Kristína Zgodavová, PhD., z Ústavu materiálov a inžinierstva kvality FMMR. Hlavnou oblasťou jej výskumu je kvalita produkcie.
Aktuálne sa – popri iných projektoch – venuje aj výskumu zabezpečenia opakovateľnosti a presnosti kvality produktov vyrábaných aditívnymi technológiami z kompozitných materiálov a plastov.
Túto úlohu spolu s kolegami z ústavu rieši v rámci projektu Výskum variability vlastností produktov vyrábaných z kompozitných materiálov aditívnymi technológiami.
Len krátko na objasnenie: aditívne technológie patria do oblasti digitálneho priemyslu a predstavujú spôsob výroby rôznych produktov vo vrstvách využitím technológie 3D tlačiarne na základe 3D počítačového modelu. Prvá výroba aditív sa sústredila na výrobu z polymérnych materiálov. Dnes sú 3D tlačiarne schopné pracovať s kompozitnými práškami, rôznymi druhmi kovov, plastmi, keramikou, pieskom, ale aj biologickým materiálom.
Tento rozsah použitých materiálov spolu s rozvojom aditívnych výrobných technológií umožňujú využívať hotové produkty v spotrebnom priemysle, strojárenstve, medicíne, leteckom a vesmírnom priemysle. Keďže ide o tvorbu objemového produktu a jeho použitie je spojené s vysokými nárokmi spotrebiteľa, je na mieste kvalita, ale aj environmentálna zneškodniteľnosť konečného produktu.
K tejto téme, na bližšie vysvetlenie riešenej problematiky, sme pani profesorke Zgodavovej a jej tímu položili niekoľko otázok k výskumu realizovaného v rámci projektu.
Testovanie mechanických vlastností vzoriek v spolupracujúcom laboratóriu UMIK FMMR TUKE.
Čo rozumieme pod pojmom kvalita produktu vyrábaného 3D tlačou?
- Rovnako ako kvalita produktov vyrábaných substraktívnymi technológiami aj kvalita produktov vyrábaných aditívnymi technológiami závisí od mnohých faktorov a v konečnom dôsledku musí spĺňať požiadavky na nich kladené. Ide vlastne o súhrn vlastností, ktoré sa prejavujú v určitom okolí a čase príznačnými funkciami. Ako príklad môžeme uviesť rámy ochranných štítov, ktoré sa v ostatnom čase tlačia v obrovskom množstve, keďže je na nich veľká požiadavka.
Sú tieto rámy kvalitné?
- Zjednodušene môžeme povedať, že áno, ak spĺňajú požiadavky certifikovateľnosti. To znamená, že vlastnosti ktoré sa testujú vyhovujú kritériám, ktoré sú na ne kladené. Napriek tomu môžu byť niektoré produkty kvalitnejšie a niektoré menej kvalitné, nielen čo do bezpečnosti, presnosti rozmerov alebo povrchových vlastností. Odlišnosti v kvalite môžeme vidieť napríklad aj v tom, že niektoré produkty vytvárajú problematicky zneškodniteľný odpad, ďalšie sú vyrobené z recyklovaného plastu a ostatné sa rozpadnú v komposte. Environmentálne udržateľné produkty sú také, ktoré poskytujú environmentálne, sociálne a ekonomické výhody a zároveň chránia verejné zdravie a životné prostredie počas celého ich životného cyklu, od ťažby surovín až po konečné zneškodnenie. Práve tieto rozdiely v kvalite aditívne vyrábaných produktov, ktoré zohľadňujú environmentálnu udržateľnosť, sú predmetom nášho podrobnejšieho výskumu.
V čom je možné riziko technológií aditívnej výroby ?
- V tom, že tieto technológie nie vždy dostatočne využívajú svoje možnosti. Produkty musia mať konzistentnú, výrobou opakovateľnú kvalitu a takéto záruky producenti technológie nevedia vždy poskytnúť. Problém môže vyriešiť dobre naplánovaný proces zabezpečenia kvality od návrhu produktu až po jeho zneškodnenie.
Tlač 3D vzoriek v laboratóriu Mondragom University v Španielsku.
Čo bude výstupom dobre naplánovaného procesu?
- Vznikne možnosť poskytovať dôveryhodné záruky na výsledok a aj možnosť vytvoriť štandard pre rozšírenú, environmentálnu certifikáciu výsledného produktu. Cieľom je vytvoriť zásady a princípy, na základe ktorých možno pristupovať k zabezpečeniu kvality aditívnej výroby a opísať prístupy k presnejšiemu predpovedaniu kvality počnúc návrhom, cez prípravu, realizáciu až po zneškodnenie.
Je projekt rozdelený do viacerých etáp?
- Projekt je rozdelený do troch hlavných etáp. V prvej etape bude hlavnou úlohou zhromažďovať údaje pre experimentálny výskum z existujúcich údajov o variácií vlastností produktov vyrábaných aditívnymi technológiami na TUKE; STU; AM Laboratory Mondragon University a VŠB Ostrava. V ďalšej fáze budeme realizovať vlastné merania materiálových a geometrických vlastností produktov a pozorovania ich kvantitatívnych a kvalitatívnych charakteristík.
V druhej etape riešenia plánujeme, okrem iného, vytvoriť tréningový súbor pre umelú neurónovú sieť (ANN) a výpočtový model, zostavený na základe abstrakcie poznaných vlastností. Súčasťou bude aj návrh stratégie zabezpečovania kvality pre aditívne vyrábané produkty na konkrétnych zariadeniach a z konkrétneho materiálu.
V poslednej etape sa zameriame na kategorizáciu vybraných aditívnych technológií a spôsobilosti 3D tlačiarní v súvislosti so špecificky používanými materiálmi, na základe požiadaviek na kvalitu produktov od cieľovej skupiny zákazníkov. Výsledkom bude zovšeobecnenie poznatkov pre navrhovanie v zmysle modelu „z kolísky do kolísky“, čo je opakom „vyrob- použi- zahoď“.
Na záver môžeme konštatovať, že aj napriek tejto zložitej pandemickej situácii projekt úspešne pokračuje. Podarilo sa nám virtuálne spojiť výskumný tím, umožniť vzdialený prístup do laboratórií a osobne zapojiť aj študentky z Mondragon University, ktoré sú v Košiciach v rámci Erasmus+ študentského mobilitného programu.
