Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Zapewnienie bliższych obietnic zaawansowanych produktów z nanomateriałów dzięki nowym procesom

Nanotechnologie i materiały zmieniają już wiele produktów, przewidując, że rynek może wzrosnąć do około 2,6 biliona dolarów amerykańskich. Czy ten wzrost zależy od poprawy produkcji mikrokomponentów pod względem wielkości, czy finansowany przez UE projekt MICRO-FAST jest punktem wyjścia?
Zapewnienie bliższych obietnic zaawansowanych produktów z nanomateriałów dzięki nowym procesom
W ostatnim dziesięcioleciu zaobserwowano znaczną miniaturyzację zarówno elementów produkcyjnych, jak i związanych z nimi urządzeń, których wagi zazwyczaj sięgały od miniaturowych (<50,0 mm) do wymiarów mikro (<1,0 mm), a nawet sub-mikro (0,1 do 1,0 mm). Jednakże tradycyjne techniki wytwarzania, obróbka skrawaniem i formowanie ograniczają zakres materiałów, które można przetworzyć, powstrzymując wprowadzanie nowych narzędzi, nowych elementów, a ostatecznie produktów przeznaczonych na rynek.

Projekt MICRO-FAST finansowany ze środków unijnych ma na celu sprostanie temu wyzwaniu, opracowując zupełnie nową technologię wytwarzania dla wysokiej jakości produkcji objętościowej mikroczęści w formie siatki, przy użyciu szerokiej gamy materiałów proszkowych (stopów metali, kompozytów, ceramiki i polimerów) i niskich kosztach.

Opracowanie zupełnie nowego procesu mikroprodukcji

Stwierdziwszy, że praktycznie niemożliwe było zwyczajne zmniejszenie dotychczasowej techniki spiekania znanej jako FAST (technika spiekania metodą wspomagania polowego), zespół MICRO-FAST z powodzeniem opracował całkowicie nowy proces mikrokomponentowy na mikroskalę (<5,0 mm).

Narzędzia mikroformujące zostały poddane zaawansowanej obróbce powierzchniowej i opracowano techniki dla zastosowań o wysokiej temperaturze. Zespół opracował nanostrukturalne proszki z metalu i ceramiki, które w porównaniu do tradycyjnych technik oferowały lepszą jakość i właściwości części masowych. Jak wyjaśnia kierownik projektu, profesor Yi Qin, „Spiekanie mikrokomponentu masowego z proszku osiągnięto za pomocą techniki FAST, równocześnie stosując ciśnienie i kontrolowany prąd elektryczny przez matrycę wypełnioną proszkiem". Prąd elektryczny dzięki cząsteczkom proszku powodował większą plastyczność, umożliwiając tworzenie zarówno bardziej złożonych kształtów, jak i lepszą gęstość składnika, bez potrzeby stosowania wysokiej temperatury przez dłuższy czas.

Poprzez zastosowanie ocen cyklu życia MICRO-FAST stwierdzono, że osiągnięto niemal całkowitą gęstość spiekanych elementów, ponad 98% w przypadku proszku tytanu i stali oraz prawie 96% w przypadku wyrobów ceramicznych. Zaobserwowano również zmniejszone emisje, głównie dzięki zastosowaniu nowych proszków „gotowych do tłoczenia”, które nie potrzebowały dodatku środków wiążących, ani rozpuszczalników. Projekt wykazał również, że w porównaniu do tradycyjnego spiekania - dzięki mniejszym nakładom produkcyjnym i zintegrowanemu charakterowi systemu - zużycie energii zmniejszyło się o 20-30%. Osiągnięcie temperatury spiekania o około 20% niższej niż tradycyjne procesy, w połączeniu z szybkim ogrzewaniem i chłodzeniem, umożliwiło krótsze cykle produkcyjne, co przyczyniło się do dalszej oszczędności energii.

Również oszczędności wyglądają korzystnie w całkowitym koszcie. Jak podkreśla prof. Yi Qin, „MICRO-FAST umożliwia produkcję jednoetapową, unikając długotrwałego procesu segregowania spoiwa i procesu wypalania w obecnych technikach metalurgii proszków o długich łańcuchach, co pozytywnie wpływa na całkowity koszt". Dodatkowo oczekuje się, że bezpośrednie zyski ekonomiczne dla uczestników MŚP zajmujących się budową maszyn, produkcją narzędzi i produkcją proszków mogą wzrosnąć o około 10% w rocznym obrocie, w ciągu trzech lat po zakończeniu projektu.

Kształtowanie przyszłości innowacji produktowych

Jest to pierwszy taki, dostępny system produkcyjny, co oznacza, że technologia MICRO-FAST powinna przynieść znaczne zainteresowanie. Jak podkreśla profes Yi Qin: „Pojedyncza platforma produkcyjna ma oczywiste zalety pod względem kosztów, czasu produkcji i redukcji pracy ręcznej; ponadto wpływ na środowisko będzie konsekwentnie redukowane". Do tego dodano kilka proszków wysokiej jakości, które umożliwią procesy spiekania dzięki lepszej kontroli procesu (mniejsze zużycie narzędzi, większa wydajność, redukcja emisji) i lepszej jakości produktu (kontrola wymiarów i lepsze wykończenie powierzchni).

Ostatecznie umiejętność wykorzystania materiałów trudnych do wycinania i trudnych do formowania w produkcji innowacyjnej i wysokiej jakości mikroelementów składowych, takich jak właściwości magnetyczne lub biokompatybilność, okazuje się prawdziwym atutem dla sektorów produkcyjnych UE, chcących uzyskać konkurencyjną technologię i działalność

Słowa kluczowe

Nanotechnologia MICRO-FAST, produkcja mikrokomponentów, mikroczęści, oceny cyklu życia, materiały proszkowe, pojedyncza platforma produkcyjna, innowacje produktowe
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę