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.