Ludzie kształtują metale od zawsze. A co najmniej od epoki żelaza. Z tym że kiedyś robili to kowale, którzy przez długie godziny kuli miecze czy zbroje, by podczas zdobywania warowni przeciwnik był bez szans. We współczesnej popkulturze legendy o tych najbardziej utalentowanych mistrzach trudnej sztuki obrabiania metali są wciąż żywe. We „Władcy Pierścieni” Johna R.R. Tolkiena mówi się w tym kontekście o elfach, a w filmie „Kill Bill” Quentina Tarantino pojawia się tajemniczy, nieco groteskowy japoński mistrz kowalstwa. I choć dotychczas o wynalazkach współczesnych kowali – inżynierów z Politechniki Lubelskiej – filmu nikt nie nakręcił, to w przyszłości może być o nich głośno za sprawą nowatorskiego sposobu kształtowania metali, który opatentowali. – Technika obróbki jest od wieków ta sama: metal się nagrzewa i stuka młotkiem. Różnica polega na tym, że kiedyś kowal walił młotkiem dwa dni, dziś maszyna stuknie raz i wystarczy – śmieje się dr hab. inż. Andrzej Gontarz z Katedry Komputerowego Modelowania i Technologii Obróbki Plastycznej. I to właśnie o tę maszynę chodzi. Wymyślona przez jego zespół trójsuwakowa prasa kuźnicza pozwala na kształtowanie części przydatnych w przemyśle lotniczym w sposób, który poprawia ich trwałość. Chodzi o wyroby z żebrami, czyli niewielkimi uchwytami, do których można przyłączyć inne części.
Dziś części użebrowane najczęściej wykonywane są metodami odlewania oraz obróbki skrawaniem. Pomysł, by to zmienić, przyszedł z zewnątrz: naukowcy z Politechniki Lubelskiej współpracują z Zakładami Lotniczymi w Świdniku w ramach projektu kluczowego „Nowoczesne technologie materiałowe w przemyśle lotniczym”, którego celem jest opracowanie innowacyjnych technologii związanych z branżą lotniczą. – W tym wypadku koszty nie są tak istotne, bo do produkcji jednego śmigłowca nie potrzeba aż tak wielu części płaskich z żebrami, nie ma efektu skali. Tu nie chodzi o setki tysięcy części użebrowanych, najwyżej o kilkadziesiąt – wyjaśnia Anna Dziubińska, doktorantka, która współtworzyła wynalazek. W ulepszaniu tych części chodzi raczej o takie parametry, jak wytrzymałość czy ciężar.
Lubelski wynalazek działa w następujący sposób: półfabrykat w kształcie płyty umieszcza się w prasie. Narzędzia boczne, które można wyobrazić sobie jako ściany i sufit w zmniejszającym się pomieszczeniu, zaczynają na niego napierać z obu stron i z góry, a w wyniku tego procesu powstaje część płaska z żebrem o pożądanym kształcie. By sprawdzić, czy konkretne części można wyprodukować w prasie, najpierw przeprowadza się symulacje za pomocą specjalistycznych programów komputerowych. Wtedy też można zidentyfikować zjawiska ograniczające – czyli potencjalne wady, jak wygięcia, pęknięcia czy nieciągłość substancji wewnątrz. – Materiał, z którego chcemy stworzyć części, nie płynie tam, gdzie byśmy sobie tego życzyli, ale tam, gdzie jest najmniejszy opór. Dlatego trzeba mu stworzyć dobrą drogę i przykładać siły, tak by faktycznie uzyskać pożądany efekt – wyjaśnia inżynier Dziubińska.
W czasie jednej kilkugodzinnej symulacji można sprawdzić nawet kilkadziesiąt różnych wariantów ustawienia prasy. W ten sposób zweryfikowane przypadki sprawdza się następnie doświadczalnie. Na początku eksperymenty często nie wychodzą, np. w przypadku magnezu problemem było to, że choć ten metal przy obróbce podgrzewa się do 400 st. C, to narzędzia którymi się go obrabia, były zimne, a przez to przeszkadzały w efektywnej obróbce. – Podgrzewaliśmy je palnikami, ale to nie rozwiązywało problemu, bo szybko narzędzia stygły i części magnezowe pękały. Wpadłam więc na pomysł, by w środku narzędzi bocznych zainstalować grzałki, i dzięki temu mogliśmy z powodzeniem kształtować żebra z magnezu – tłumaczy Anna Dziubińska. Dlaczego jest to takie istotne? – Wiele elementów ze stopów magnezu potrzebnych do produkcji helikopterów było sprowadzanych zza wschodniej granicy w formie odlewów, których często występowały problemy z korozją. Na dodatek odlewy mają gorsze właściwości wytrzymałościowe niż części kute – opowiada Gontarz i dodaje, że magnez i jego stopy są bardzo atrakcyjnym materiałem konstrukcyjnym dla lotnictwa – jest on ponad cztery razy lżejszy od stali, a przecież w lataniu masa ma znaczenie kluczowe.
Korzyści z wynalazku jest wiele. Przede wszystkim produkty, które powstają w ten sposób, mają lepsze parametry użytkowe (np. wytrzymałość) niż te, które są odlewane. Potrzeba także mniej materiałów do ich produkcji, zmniejsza się też pracochłonność całego procesu – wyroby można otrzymać w jednym cyklu roboczym maszyny. Ważne jest także to, że używanie prasy trójsuwakowej to metoda dosyć uniwersalna, która może służyć do tworzenia części płaskich z żebrami z różnych metali i stopów.
Reklama
Jest to bardzo przydatne, ponieważ na świecie jest tylko kilka zakładów, które potrafią tworzyć skomplikowane części z magnezu i jego stopów. Być może wymyślona przez inżynierów z lubelskiej politechniki prasa wkrótce zacznie działać w PZL Świdnik. Ale Gontarz zdaje sobie sprawę, że komercjalizacja wynalazku nie będzie prosta. – Mamy sporo nowych technologii, ale tak naprawdę nie wiemy, jak to skonsumować. Komercjalizacja to nowy teren, uczelnie muszą się tego nauczyć i wiadomo, że ta nauka będzie kosztowna. Trzeba zadbać o to, by te koszty były jak najmniejsze – zaznacza naukowiec.
Potencjalnych raf, o które może się rozbić komercyjne wdrażanie wynalazku, jest wiele. Naukowcom brakuje chociażby doświadczenia prawnego w czasie negocjacji z prywatnymi partnerami. – Najprościej byłoby wynająć do takich rzeczy renomowaną kancelarię prawną lub utworzyć biura prawne działające przy uczelniach. Ale na to trzeba pieniędzy – stwierdza Gontarz. Niestety czasem kończy się to tym, że interesy twórców nie są należycie zabezpieczone.
Kolejnym problemem przy wprowadzaniu wynalazków na szeroki rynek jest kwestia własności intelektualnej. Wyobraźmy sobie taką sytuację: naukowiec pracujący w uczelnianym laboratorium wymyśla nowatorskie rozwiązanie, które przynosi duży dochód. Jak powinien się rozliczyć z uczelnią? Czy szkoła wyższa powinna partycypować w zyskach? A jeśli nie pojawią się zyski, tylko straty? Czy wtedy uczelnia również powinna je pokrywać? Jedno jest pewne – stworzenie jasnej i przejrzystej ścieżki komercjalizacji wynalazków w systemie edukacyjnym na pewno zwiększy liczbę innowacji w Polsce.
Eureka! DGP.
Tak nazywa się konkurs, którego celem jest promocja polskiej nauki i potencjału twórczego naszych wynalazców. W piątkowych wydaniach DGP opisujemy polskie wynalazki wybrane spośród 58 nadesłanych na konkurs przez 17 polskich uczelni. Rozstrzygnięcie w czerwcu, wtedy kapituła wyłoni laureata. Nagrodami są: 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma – oraz kampania promocyjna o wartości 50 tys. zł dla uczelni w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora
MECENAS POLSKIEJ NAUKI
PARTNERZY MERYTORYCZNI
PATRONI MEDIALNI
ORGANIZATOR
