Světové unikáty z laboratoří Fortechu

V roce 2006 vzniklo v České republice v rámci programu Výzkumná centra „1M“ jedenáct nových výzkumných center. Jedním z nich, které sídlí v areálu Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni, je Výzkumné centrum tvářecích technologií - Fortech. V minulých dnech jsem se setkal s jeho prezidentem prof. Bohuslavem Mašekem, abych získal bližší informace o vědecké a odborné činnosti tohoto pracoviště. n Pane profesore, co je předmětem činnosti vašeho centra? Hlavním úkolem našeho centra je odzkoušení nových myšlenek materiálově technologické oblasti a postupná optimalizace a spojování procesů, které povedou k dosažení mimořádných materiálových vlastností nebo efektivních nekonvenčních technologií. Přínosy Fortechu nejsou jen v oblasti výzkumu, ale také v tom, že působí v areálu Západočeské univerzity, kde má vynikající možnosti propojovat výzkum s pedagogikou na jedné straně a s praxí na straně druhé. Centrum spolupracuje s řadou českých i zahraničních partnerů a v jeho rámci vznikly a vznikají diplomové a disertační práce, které jsou orientovány na praktické průmyslové aplikace. Založením Fortechu došlo k propojení více subjektů v oblasti výzkumu a tím vznikla platforma, která umožňuje přístup k širokému přístrojovému vybavení jednotlivých partnerů a k jejich výzkumnému know-how. Díky realizaci projektu Centra byly pořízeny a vyvinuty některé unikátní stroje a zařízení, které nemají v rámci České republiky obdobu a nebo jsou dokonce světovými unikáty. V současné době pracuje na zadaných úkolech 28 výzkumníků na čtyřech pracovištích. Tím je dosaženo, jak to pracovně nazýváme, tzv. kritického množství výzkumného potenciálu, který je schopen realizovat nové myšlenky a vytvářet inovace ve zkoumaných technologiích. n Můžete to blíže specifikovat? Naším hlavním krédem při zakládání Centra bylo využít inovativních technologických postupů a propojit je s možnostmi nových materiálů a novými strategiemi jejich zpracování tak, aby vznikly produkty s vyšší užitnou hodnotou. Jako příklad mohu uvést zpracování úsporně legovaných ocelí tak, aby bylo dosaženo vysoké pevnosti při vynikající tažnosti. Při dnešních cenách oceli a legur je to všestranně velmi aktuální téma. V současné době se pohybujeme s mezí pevnosti nad 2000 MPa při tažnostech přes 10 %. Představte si, že kdybych chtěl na metr dlouhou tyčku z takového materiálu zavěsit plně naložený kamion, stačilo by, aby ta tyčka měla průměr necelých 14 mm a než by praskla, protáhla by se o 10 cm. Na jiných praktických aplikacích jsme dosáhli s jiným typem oceli pevnosti přes 1000 MPa při téměř 25% tažnosti po přesném tváření zastudena. n Jaké jsou vaše hlavní směry výzkumné činnosti? Projekty zpracováváme celkem v osmi následujících hlavních směrech: 1. Dosahování velmi jemné mikrostruktury speciálními deformačnními technikami založenými na kombinaci tvářecího a termomechanického zpracování 2. Dosahování vynikajících kombinací mechanických vlastností u vícefázových ocelí řízeným vývojem mikrostruktury 3. Příprava technologií zpracování obtížně tvařitelných materiálů 4. Vývoj technologií tváření kovových materiálů za snížené teploty zpracování 5. Odzkoušení technologie tváření velmi malých součástí v tixotropním stavu 6. Zvládnutí postupů tváření kapalným médiem v oblasti rapid prototyping 7. Vyvinutí alternativních způsobů spojování vysokopevných materiálů tvářecími technikami 8. Vývoj speciálních technik pro recyklaci kovových materiálů. K tomu musím dodat, že jednotlivá témata se navzájem doplňují a v mnoha směrech dochází k jejich vzájemnému propojení. Například ultravysokopevné materiály vyžadují vyvinutí a optimalizaci nových spojovacích technik, lze je obtížně tvářet a většinou jsou ve výrobních postupech použity snížené teploty zpracování. Na realizaci jednotlivých výzkumných úkolů spolupracujeme se společnostmi Comtes FHT, Škoda Výzkum a SVÚM. n Některá vaše témata jsou až neuvěřitelná… Ano, dá se to tak říci. Například odzkoušení malých součástí tvářením v tixotropním stavu je zatím světově ojedinělá technologie, která vychází z klasické myšlenky tváření materiálů v tixotropním, tedy „polotekutém“ stavu, kdy je materiál ohřátý na teplotu mezi solidem a liquidem a poté řízeným způsobem „vtlačen“ do formy. Tixotváření součástí z hliníkových slitin je sice ojedinělou, ale v praxi již zavedenou technologií. Zatím však nikdo touto technologií nezvládl zpracování malých tvarově složitých součástí a z ocelí, na které jsme se zaměřili, už vůbec ne. V této oblasti využíváme řady vlastních idejí jak pro ohřev, manipulaci i samotné tváření materiálu. Vzhledem ke skutečně nekonvenčním podmínkám procesu získáváme velmi zvláštní a dosud neprobádané struktury s neznámými vlastnostmi. Vzhledem k tomu, že z takovýchto materiálů mohou vznikat tvarově složité součásti, má tato oblast jistě zajímavou budoucnost. n Můžete představit další aktivity vašeho výzkumného centra? Naše centrum se také specializuje na analýzu a odstraňování technologických problémů ve výrobě. Máme například k dispozici laserový konfokální mikroskop, který dokáže nejen snímat zvětšený obraz povrchu, ale umí vytvořit i přesnou 3D mapu povrchového reliéfu. Tato technologie umožňuje řešit celou řadu problémů, ať už jde o lomy součástí, povrchovou oxidaci, chyby ve strukturovaném povrchu atd. Pomocí tohoto mikroskopu můžeme například zjišťovat mikrogeometrii komponent, která je jinak téměř nezměřitelná. Vzhledem k tomu, že se zabýváme i procesy, které jsou velmi rychlé a okem nepozorovatelné, využíváme k měření i vysokorychlostní kameru, která umožňuje nasnímat až 33 000 obrázků za sekundu. Při takové rychlosti vám jen máloco může uniknout. Pomocí softwaru lze pak vysokorychlostní jevy velmi přesně analyzovat a kvalifikovat. Podobně můžeme analyzovat i teplotní pole termovizní kamerou určenou pro teploty 400 – 1600 °C. Tato technologie vám ukáže to, co pouhým okem nikdy neuvidíte. Jsme vybaveni i pro měření teplot za ztížených podmínek měření, například v kouři a páře. n Kdo hodnotí a kontroluje řešení vašich projektů? Kontrolu nad vědeckými i technickými výstupy, jakožto i nad kvalitou práce zajišťuje Rada Centra, ve které jsou v nadpoloviční většině zastoupeny subjekty z oblasti zpracovatelského průmyslu a potenciální odběratelé budoucích výsledků. Tím je zároveň zabezpečeno propojení výzkumu a výrobní sféry. Jiří Sedláček