A műanyag-fröccsöntési eljárások számítógépes szimulációjának pontosításán és e technológia hatékonyságának javításán dolgozik Szabó Ferenc, a BME GPK Bolyai-ösztöndíjas kutatója.

„A fröccsöntési eljárások megértése és számítógépes szimulációjuk pontosságának fokozása jelentős anyagi előnyökhöz juttathatja ipari partnereinket, és javíthat az előállított műanyagalapú termékek minőségén is” – fejtette ki Szabó Ferenc, a BME Gépészmérnöki Kar Polimertechnika Tanszék adjunktusa, a tanszék Szimulációs laboratóriumának vezetője. Ferenc csaknem egy éve kapcsolódott be a tanszéken egy ipari megbízásba, és a fröccsöntési technológia alaposabb megismerését tűzte ki célul. Kísérleteit a következő három évben a Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Kutatási Ösztöndíjasaként folytatja (pályázatának címe: „Fröccsöntési szimulációs algoritmusok továbbfejlesztése” – szerk.).

A fiatal kutató már doktori dolgozatában is a fröccsöntési eljárások szimulációjának pontosításán dolgozott. „Egyre szélesebb körben alkalmazzák az iparban a műanyag (polimer) alapú eszközöket és alkatrészeket, és egyre dinamikusabban fejlődik az ezzel kapcsolatos, a polimer alapanyagokat feldolgozó és szinte tetszés szerinti formára alakító fröccsöntési eljárás is” – hangsúlyozta e téma aktualitását. Fröccsöntéskor a hőre lágyuló alapanyagot megolvasztják, és ún. „ömledék” állapotban egy zárt formába (más néven szerszámba) fecskendezik be nagy sebességgel és nagy nyomás alatt. Az ömledék felveszi a forma alakját, majd a hűlés folyamatát követően, a szerszámot kinyitva kapjuk meg a kész terméket. Ezt az eljárást alkalmazzák többek között bonyolult, 3D-s formák előállításához, például fúrógépek műanyag borításához vagy a gépjárművek motorterében található, nagy igénybevételnek kitett polimer alkatrészek elkészítéséhez. „A fröccsöntés költséges ipari eljárás: magas a fröccsöntő gép beszerzési ára, drága az egyedi mintaforma legyártása és gyakran az alapanyag beszerzése is. Ez az egyik oka annak, hogy e folyamat hatékonyságának javítása olyan intenzíven kutatott terület” – hangsúlyozta kísérleteinek egyik ösztönzőjéről a Bolyai-ösztöndíjas kutató.

Ferenc már doktoranduszként új mérési eljárást fejlesztett ki, amellyel az alapanyagra jellemző nyomás, hőmérséklet és fajtérfogat összefüggését vizsgálta a feldolgozó gépen. Ez az információ nélkülözhetetlen a fröccsöntött termékek mérethelyességének biztosításához. „A számítógépes szimulációkkal könnyebben megérthetők a fröccsöntés közben lezajló bonyolult anyagszerkezeti változások, és még a gyártás előtt kiküszöbölhetők az esetleges termék-kialakítási hibák, valamint hatékonyabbá tehető a gyártószerszám és a fröccsöntési folyamat, így idő, energia és alapanyag takarítható meg” – összegezte a módszer előnyeit.

Bolyai-ösztöndíjasként a nagyméretű és bonyolult elosztó csatornával (a technológia lehetővé teszi egyszerre több termék legyártását is) rendelkező fröccsöntő szerszámokba fecskendezett ömledék folyási egyenetlenségeit vizsgálja. Tömeggyártáskor – például műanyag kupakok előállításánál – a folyamat összetettsége rendkívül bonyolulttá teszi az ugyanolyan tulajdonságokkal rendelkező termékek előállítását. A fészekbe befecskendezett ömledék előbb a forma hideg falával érintkezik, így az ömledék egy része lehűl, míg másik része a hidegebb részekkel való súrlódás miatt felforrósodik. Az egyes fészkekhez vezető csatornákban ez a folyamat különbözőféleképpen zajlik, így a kész termékek sem lesznek egyformák. A különbségek miatt könnyen előfordulhat az is, hogy a szerszámot többször át kell alakítani egy meghatározott tulajdonságokkal rendelkező termék előállításához, ami termeléskiesést, nyersanyagpazarlást, azaz, veszteséget okoz az érintett cégnek. Szabó Ferenc többek között e probléma megoldásán dolgozik, valamint új mérési eljárás és a hozzá kapcsolódó berendezés megalkotására törekszik. Olyan számítógépes szimulációs algoritmust is szeretne létrehozni, amellyel a fröccsöntés során zajló folyamatok és anyagszerkezeti változások az eddig ismert modelleknél pontosabban írhatók le. Kutatási eredményei a műanyag alkatrészgyártás számos területén, például a polimer kupakoknál, az autóiparban, a csomagolóiparban és orvosi berendezések előállításakor is hasznosíthatók lehetnek.

A fiatal gépészmérnök kutatási területe számos szakterületet egyesít: a számítógépes szimulációs szoftver továbbfejlesztéséhez programozói ismeretek szükségesek, matematikai tudás a leíró egyenletek és az elméleti modell létrehozásához, vegyészmérnöki szakismereteket igényelnek egyes bonyolult anyagtudományi mérések és a termodinamikai folyamatok megértése, e mellett szükség van a fröccsöntés elméleti és gyakorlati oldalának ismeretére is.

Szabó Ferenc első alkalommal nyerte el a Bolyai János Kutatási Ösztöndíjat. Korábban megkezdett tudományos munkáját folytathatja, amiben most már az Akadémia is támogatja. A fiatal kutató a gyakorlati kutatások híve, nagy jelentőséget tulajdonít tanszéke széleskörű ipari kapcsolatainak. Örömét fejezte ki, hogy olyan érdekes, elgondolkodtató és bonyolult ipari problémák megoldásában vehet részt, amelyekre a tanszék piaci partnerei eddig nem találtak megoldást. Kutatási eredményeit folyóiratokban és konferenciákon szeretné publikálni. Szívesen tanít is, és fontosnak tartja, hogy diákjainak a legkorszerűbb ismereteket közvetítse. Legújabb következtetéseit a mesterképzéses gépészmérnök-hallgatóknak adja át „Fröccsöntés-szimuláció” elnevezésű kurzusán. Kutatásaiba szívesen bevonja érdeklődő diákjait, segítve őket, hogy szakdolgozataikhoz, diplomatervükhöz vagy TDK-dolgozatukhoz is felhasználják a közös kísérletek eredményeit.

TZS - TJ

Fotó: Szabó Ferenc