Eksperci od powłok

Politechnika Koszalińska

Naukowcy z Politechniki Koszalińskiej wiedzą, jak sprawić, by ostrza narzędzi do obróbki drewna lub metalu zyskały odpowiednie parametry twardości i trwałości. Wykonują też badania wibroakustyczne urządzeń oraz ich elementów. W tych dziedzinach z powodzeniem współpracują z polskimi firmami. 

Obok kilku innych uczelni województwa zachodniopomorskiego Politechnika Koszalińska sięgnęła po dofinansowanie z działania 1.3 Rozwój publicznej infrastruktury badawczej Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Zachodniopomorskiego. Kosztem 3,35 mln zł (ponad 2 mln to dofinansowanie z RPOWZ) realizuje projekt „Centrum badawczo-wdrożeniowe inżynierii powierzchni, projektowania i symulacji procesów oraz badań wibroakustycznych”. Inwestycje w infrastrukturę badawczą pozwolą politechnice na ściślejszą współpracę z przemysłem.

– Naszymi partnerami są głównie firmy przemysłu narzędziowego, a także użytkujące narzędzia, np. zajmujące się obróbką drewna. W wypadku branży narzędziowej nasze działanie polega na modyfikacji powierzchni narzędzi po to, żeby podwyższyć ich trwałość. Można to osiągnąć poprzez nanoszenie powłok przeciwzużyciowych bądź azotowanie plazmowe – mówi prof. dr. hab. inż. Witold Gulbiński z Wydziału Technologii i Edukacji Politechniki Koszalińskiej.
– Naszymi partnerami są głównie firmy przemysłu narzędziowego, a także użytkujące narzędzia, np. zajmujące się obróbką drewna. W wypadku branży narzędziowej nasze działanie polega na modyfikacji powierzchni narzędzi po to, żeby podwyższyć ich trwałość. Można to osiągnąć poprzez nanoszenie powłok przeciwzużyciowych bądź azotowanie plazmowe – mówi prof. dr. hab. inż. Witold Gulbiński z Wydziału Technologii i Edukacji.

Współpraca z przemysłem 

Współpraca z przemysłem rozwinęła się kilka lat temu, gdy uczelnia podjęła się realizacji projektu wspartego z Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka. Jednakże zdobycie zaufania firm nie jest proste. – Przemysł jest nieufny i na naukę patrzy czasem z przymrużeniem oka. Jeśli chcemy pozyskać dobrego partnera, musimy najpierw zrobić coś dla niego na bardzo korzystnych warunkach, a nawet za darmo. Gdy firma zobaczy, że potrafimy rozwiązywać realne problemy, zrealizować coś, co da się przełożyć na pieniądze, to dopiero wówczas zdecyduje się na współpracę przy naprawdę dużych projektach – uważa prof. Gulbiński.

Taki sposób działania opłacił się uczelni. W 2013 r. Politechnika Koszalińska powołała do życia Centrum Transferu Technologii Próżniowo-Plazmowych Sp. z o.o. (CTTPP).

– Jesteśmy po to, żeby opracowane przez naukowców technologie komercjalizować i przenosić na rynek. Współpracujemy z ponad 30 przedsiębiorstwami, m.in. dużymi fabrykami narzędzi, jak Faba czy Gopol, wytwórcami form wtryskowych czy firmami jubilerskimi. Nasze działania polegają najczęściej na modyfikacji powierzchni narzędzi lub części maszyn lub nanoszeniu twardych powłok zwiększających ich trwałość. Wykonujemy także ekspertyzy materiałowe i doradzamy, jak efektywnie użytkować narzędzia pokryte powłokami – wyjaśnia Zbigniew Galocz, dyrektor CTTPP.
– Jesteśmy po to, żeby opracowane przez naukowców technologie komercjalizować i przenosić na rynek. Współpracujemy z ponad 30 przedsiębiorstwami, m.in. dużymi fabrykami narzędzi, jak Faba czy Gopol, wytwórcami form wtryskowych czy firmami jubilerskimi. Nasze działania polegają najczęściej na modyfikacji powierzchni narzędzi lub części maszyn lub nanoszeniu twardych powłok zwiększających ich trwałość. Wykonujemy także ekspertyzy materiałowe i doradzamy, jak efektywnie użytkować narzędzia pokryte powłokami – wyjaśnia Zbigniew Galocz, dyrektor CTTPP.

Wyposażenie narzędzi w powłoki odporne na ścieranie wielokrotnie przedłuża ich trwałość. W efekcie zmniejsza się koszt produkcji (mniej przestojów, rzadsza wymiana noży, wierteł itp.). Politechnika w kooperacji z przemysłem realizuje więc projekty badawczo-rozwojowe w tym obszarze. – Z Fabryką Narzędzi Fanar z Ciechanowa rozpoczęliśmy współpracę, gdy firma zaplanowała wdrożenie technologii pokrywania narzędzi (gwintowniki, wiertła i frezy palcowe) nowoczesnymi powłokami przeciwzużyciowymi. Wyniki naszych badań zostały wdrożone do produkcji już 4 lata temu. Teraz realizujemy wspólnie drugi projekt – dodaje prof. Witold Gulbiński. Z kolei dla firmy AMP Sp. z o.o. spod Świebodzina (producenta pieców próżniowych do obróbki cieplnej metali i stopów) uczelnia wykonywała badania hybrydowych nanopowłok w obróbce cieplno-chemicznej i powierzchniowej metali.

Pełniejsza oferta 

Celem głównym obecnie realizowanego projektu wspartego z Programu Regionalnego jest udoskonalenie i poszerzenie oferty badawczej i usługowej politechniki w zakresie obróbki powierzchni, w tym obróbki cieplnej, cieplno-chemicznej, plazmowej, a także nanoszenia powłok metodami PVD. Równolegle uczelnia udoskonala zaplecze techniczne do badań wibroakustycznych, symulacji i modelowania procesów. – Realizujemy w zasadzie trzy zadania. Pierwsze polega na zakupie nowoczesnego dyfraktometru rentgenowskiego, który pozwoli nam na zaawansowaną analizę struktury wytwarzanych powłok. Drugim elementem jest zaprojektowanie i budowa hybrydowego urządzenia technologicznego do prowadzenia obróbki próżniowo-plazmowej powierzchni, czyli do nanoszenia powłok, ale również do np. azotowania plazmowego. To urządzenie projektujemy i budujemy we własnym zakresie, współpracując z firmą Tepro SA w Koszalinie. Trzecie zadanie polega na zakupie zaawansowanego oprogramowania Comsol Multiphysics w wersji komercyjnej, która pozwoli nam świadczyć usługi modelowania zjawisk i procesów na zlecenie przemysłu – wylicza prof. Witold Gulbiński.

 

Hybryda do wytwarzania powłok 

Politechnika Koszalińska posiada obecnie urządzenia do nanoszenia powłok metodami PVD*, a także powłok diamentopodobnych na bazie węgla. – Ale to, co budujemy, będzie urządzeniem wielofunkcyjnym, umożliwiającym nanoszenie powłok różnymi technikami. To otwiera zupełnie nowe możliwości pracy nad takimi technologiami wytwarzania powłok jak np. HIPIMS** czy rozwój techniki niskociśnieniowego azotowania plazmowego – dodaje prof. Gulbiński.

* PVD (od: Physical Vapor Deposition) – metoda polegająca na przeprowadzeniu nanoszonej substancji w stan pary metodami fizycznymi (odparowanie, rozpylanie jonowe), a następnie na spowodowaniu kondensacji tej pary na pokrywanych elementach w postaci cienkiej, kilkumikrometrowej powłoki. Naniesiona w ten sposób warstwa nadaje powierzchni dużą twardość, znacznie zwiększając jej odporność na zużycie ścierne. ** HIPIMS (od: High Power Impulse Magnetron Sputtering) – nanoszony materiał przekształcany jest w stan pary dzięki rozpylaniu impulsowym wysokoenergetycznym strumieniem jonów. Są to jony gazu szlachetnego oraz jony metali. Technika ta pozwala na uzyskiwanie powłok przeciwzużyciowych o szczególnie wysokiej odporności. Stosuje się ją na narzędziach do skrawania tzw. materiałów trudnoobrabialnych, jak stale szybkotnące, stopy niklu czy tytanu.

Z rozeznania rynku, które przeprowadziło CTTPP, wynika, że istnieje zapotrzebowanie na pokrywanie powłokami przeciwzużyciowymi elementów wielkogabarytowych. – Noże do wytwarzania fornirów, które okrawają belkę poruszającą się z ogromną prędkością, mają ponad metr długości. Żeby poddać je obróbce, potrzeba większej komory technologicznej. I z takim zamysłem budujemy hybrydowe urządzenie do nanoszenia powłok. W komorze o wysokości prawie 1,5 metra zostanie zainstalowanych 8 źródeł łukowych i 8 magnetronowych. Dzięki temu będzie można równomiernie pokryć powłoką przeciwzużyciową narzędzia o dużych gabarytach – wyjaśnia Zbigniew Galocz.

Symulacje na sprzedaż 

Zakup oprogramowania Comsol Multiphysics pozwoli na modelowanie procesów fizycznych zachodzących w czasie pracy narzędzi. Nowe konstrukcje maszyn lub ich podzespoły są badane pod względem spektrum wibracji.

– Oprogramowanie Comsol Multiphysics pozwala na przeprowadzenie symulacji tych zjawisk. Wersja komercyjna umożliwi świadczenie usług dla otoczenia gospodarczego. Pracujemy m.in. nad systemami, które ograniczają przenoszenie drgań z maszyny na siedzisko operatora maszyny budowlanej. Dzięki temu zmniejsza się uciążliwość jego pracy – mówi dr hab. inż. Igor Maciejewski z Laboratorium Wibroakustyki.
– Oprogramowanie Comsol Multiphysics pozwala na przeprowadzenie symulacji tych zjawisk. Wersja komercyjna umożliwi świadczenie usług dla otoczenia gospodarczego. Pracujemy m.in. nad systemami, które ograniczają przenoszenie drgań z maszyny na siedzisko operatora maszyny budowlanej. Dzięki temu zmniejsza się uciążliwość jego pracy – mówi dr hab. inż. Igor Maciejewski z Laboratorium Wibroakustyki.

Naukowcy mogą też zaprojektować rozwiązania, które uchronią urządzenie od uszkodzeń grożących podczas transportu.  – Wiele urządzeń jest dziś transportowanych na duże odległości. Kupowane przez nas oprogramowanie pozwala symulować warunki transportu. Możemy więc wykorzystać je do sprawdzenia, czy dane urządzenie dojedzie w całości do miejsca docelowego, czy też nastąpi jakieś rozszczelnienie lub obluzowanie jego podzespołów – dodaje dr Maciejewski.

Projekt Politechniki Koszalińskiej wpisuje się w inteligentne specjalizacje regionu, takie jak: zaawansowane wyroby metalowe, produkty inżynierii chemicznej i materiałowej oraz produkty drzewno-meblarskie.

Jerzy Gontarz