Témata
Reklama

Zuby mořských ježků jako inspirace

Elektroformované biomimetické materiály s gradientním a kompozitním složením. Tento složitý název označuje materiály zpevněné či vytvořené pomocí vrstev, které jsou inspirovány konstrukčními řešeními, jež využívá matka příroda. Nově navržené struktury výzkumníci připravují aditivními výrobními postupy s využitím technologie elektroformování. Praktické využití se předpokládá především v biomedicíně a strojírenství.

Reklama
Reklama

Současný český výzkum a vývoj přinesl nové typy výrobních postupů a výrobků, jmenovitě funkční vzorky nových typů výrobku, ověřenou technologii výroby a užitný vzor. „Využití gradientní a kompozitní stavby, tedy laicky řečeno okopírování postupů v přírodě, vede k zlepšeným mechanickým vlastnostem a k unikátním funkčním vlastnostem, které jsme zatím mohli pozorovat jenom v živých organismech,“ uvedl Petr Konvalinka, předseda Technologické agentury České republiky (TA ČR), která projekt podpořila více než dvěma miliony korun z programu DELTA.

Společnými řešiteli problematiky byli výzkumníci z firmy Electroforming, s.r.o a z Fakulty strojní Českého vysokého učení technického v Praze. S Čechy se na projektu podíleli také partneři z Tchaj-wanu.

V první fázi výzkumu odborníci zkoumali biologické struktury s požadovanými vlastnostmi. „Těmi byly například samoopravitelnost, samočistitelnost nebo samoostřitelnost. Následně jsme zkoušeli některé z vlastností těchto struktur replikovat pomocí inovované metody elektroformingu,“ vysvětlil jeden z řešitelů Lukáš Vojtěch z firmy Electroforming.

Již delší dobu je známo, že příroda vytváří materiály s pórovitou strukturou, jako jsou například kosti, koráli, stonky rostlin nebo kmeny stromů. V technické praxi tomuto přírodnímu postupu odpovídají například takzvané kovové pěny. Ty lze považovat za určitý druh bionického materiálu, protože v jistém smyslu napodobují konstrukční prvky například kostí. Mají široké spektrum využití, od automobilového a leteckého průmyslu až po strojírenskou výrobu obecně. Díky jejich velké vnitřní povrchové ploše a vysoké porositě se používají jako výměníky tepla, prachové a kapalinové filtry a katalyzátory. Absorbují také zvuk, jsou využitelné jako tepelná izolace, pro elektromagnetické stínění nebo jako konstrukce elektrod v dobíjecích bateriích. Zvláště zajímavé jsou mechanické vlastnosti kovových pěn s otevřenými póry. Díky jejich vysokému poměru tuhosti k hmotnosti jsou oblíbené jako lehké konstrukční materiály.

Jedním z nejpoužívanějších materiálů je pro svoje vlastnosti hliník. Má nízkou hustotu, nízkou teplotu tání a poměrně vysokou tuhost a houževnatost. Je však měkký a má nízkou pevnost v tahu. Naproti tomu nikl, jeden z nejběžnějších kovů používaný pro elektroformování, má větší pevnost v tahu, která se při použití technologie elektroformingu může až zdvojnásobit. Kombinací hliníkové porézní struktury, která vytvoří jádro, a elektroformovaného niklu na povrchu hliníku vznikl nový druh kompozitní struktury v kombinaci jádro - skořepina,“ doplnil Lukáš Vojtěch.

Výzkumníci dále připravili funkční vzorek řezného nástroje pro obrábění plastů, který využívá samoostřícího principu. V současnosti používané materiály mají často nízkou životnost, a navíc se kvůli změnám struktury materiálu v důsledku tepla při ostření nedají nabrousit a musí se vyměnit. Nový materiál proto přináší značné úspory. Jeho struktura připomíná svým chováním principy a hierarchickou mikrostrukturu zubu mořského ježka nebo strukturu zubů býložravců. Jednotlivé vrstvy se postupně opotřebováním odlamují a tím udržují nástroj stále ostrý. Tuto kompozitní řeznou strukturu také výzkumníci přihlásili do patentového řízení.

Dalším vzorkem je kompozitní materiál, který má otěruvzdornou strukturu povrchu, aby se zabránilo degradaci komponentu při působení zatížení. Kromě těchto funkčních vzorků získali zpracovatelé úkolu i řadu důležitých informací, které využijí při další práci v dynamicky se rozvíjejícím technologickém oboru. Získané znalosti jsou tak i nadále vyžívány v aktivitách výzkumu a vývoje moderních kompozitních struktur. Dále probíhá i optimalizace navržených struktur a jejich testování u průmyslových zákazníků. 

Zdroj: Tisková zpráva agentury TA ČR. Zpracováno redakcí.

Vzorky porézní struktury, vlevo referenční vzorek, vpravo povlak Ni. (Foto: Ing. Vlastimil Králík, Ph.D.)
Související články
Prevence proti informační válce už od střední školy

Zvyšující se dostupnost informací bez schopnosti selekce, které jsou pravdivé a které ne. To začíná být v poslední době velkým problémem. Vyhledávání informací, jejich vyhodnocení a využití může být pro některé jedince obtížné. Výsledkem je šíření fake news, hoaxů či neověřených vědeckých poznatků.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Jak ideálně akumulovat elektřinu?

Přizpůsobení parametrů podle velikosti objektu, pro který je určený umožňuje nový stavebnicový systém pro akumulaci elektrické energie. Za podpory TA ČR jej vyvinuli výzkumníci z Fakulty materiálově-technologické VŠB-Technické univerzity v Ostravě a z firmy EVC Group.

Roboty na farmě – chytrý monitoring rostlin

Robotizace a umělá inteligence proniká už i do českého zemědělství. Čeští agronomové, IT specialisté a vědci spolupracují na vývoji robotického monitorovacího systému, který je schopen automaticky odhalovat škůdce na rostlinách ve skleníku, předpovídat kvalitu sklizně a zjišťovat případné nedostatky v pracovních harmonogramech pěstitele.

Budoucnost stavebnictví: Odpadní termoplasty

Různé polymerní typy odpadů, pro které zatím není širší uplatnění. To je vedlejší produkt, vznikající při výrobě a zpracování plastů. Čeští výzkumníci se proto pustili do studia jejich klíčových vlastností, aby umožnili jejich následné zpracování. Výsledkem jejich práce je vytvoření uceleného přehledu možností využití odpadních termoplastů ve výrobě kompozitních materiálů pro stavebnictví. Z odpadu lze tedy nyní vyrábět různé stavební prvky z polymerbetonu nebo například odolné dlaždice.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit