Többet tudunk az összeszerelésnél
A HD Composite Zrt. – és konzorciumi partnerei – Magyarországról indulva szeretnék meghódítani a világ autógyártását, az eddig csak a szupersportkocsikat jellemző anyagok, a kompozitok felhasználásával. Egy példaértékű akadémiai kutatóintézeti, egyetemi és ipari konzorcium együttműködését mutatjuk be.

 

A járműgyártás a magyar export 21 százalékát adja, és több mint 5 százalékos részesedésével az összes iparág közül az első a bruttó hozzáadott értéket nézve. A nagy autógyárakat sok kisebb-nagyobb beszállító látja el alapanyaggal, alkatrészekkel, és ezek a cégek akár árbevétel, akár alkalmazotti létszám alapján körülbelül 40 százalékát adják az iparágnak. A PwC Magyarország felmérése szerint 2017-ben a magyar autóipar minden idők legmagasabb termelési értékét érte el 8 038 milliárd forinttal. A képet némileg árnyalja, hogy Ausztriában a magyar duplája az autóipar növekedési üteme.

A teljesítmény motorja náluk az innovatív helyi vállalkozások csoportja, amelyek magas hozzáadott értéket állítanak elő, hazánkban pedig a klasszikus gyártótevékenységet végző „nagyüzemek” adták a növekedés gerincét. Ezért rendkívül elgondolkodtató a kérdés, hogy – a most még impozáns eredmények ellenére – 8-10 év múlva az alacsony hozzáadott értékű termeléssel hol tart majd az ágazat. A magyarországi gyártóbázissal rendelkező külföldi cégek a korszerű technológiát, a kutatás-fejlesztést elsősorban az anyaországban igyekeznek tartani, és nem tűnik megalapozatlannak az a félelem, hogy Magyarországon kevés kivételtől eltekintve a hagyományos termékeket vagy a kifutó modelleket gyártják majd.

Ezért az autóipari beszállítóknak is elemi érdeke, hogy a termelési értéklánc jelenleginél magasabb szintjére kerüljenek. A már idézett PwC-jelentés pozitív előjelnek tekinti, hogy a megkérdezett vállalatok 13%-a mérlegeli KFI-központ megalapítását vagy a központi KFI-tevékenységek lokális támogatását a közeljövőben, de ez messze elmarad az osztrák beszállítókat jellemző adatoktól. Ausztriában a válaszadók több mint 70%-a intenzív helyi kutatás-fejlesztési tevékenységet folytat, és 22%-uk harmadik fél számára is végez fejlesztéseket.

 

 

Pedig a feladat nem lehetetlen, akár – céltudatos és kitartó stratégiával – 2-3 év alatt is az élmezőnybe lehet kerülni olyan termékekkel, technológiai megoldásokkal, melyek a jövőben a járműgyártás nélkülözhetetlen elemeit képezhetik. Erre példa az a hazai autóipari spin-off cég, amely a Nemzeti Kutatás-Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH) egyik nyertes konzorciumából kiemelkedve a kompozitok autóipari felhasználásának nemzetközileg is elismert, kutatás-fejlesztéssel foglalkozó vállalkozásává kíván válni.

– Az evopro System Engineering Kft. vezetésével 2016-ban létrejött négytagú konzorcium arra vállalkozott, hogy három év alatt a mintegy 1,8 milliárd forintos költségvetésből olyan gyártócellát fejleszt, amely képes lesz rendkívül rövid idő alatt egy teljes gyártási folyamatba integrálva magas minőségű, teherviselő, járműipari kompozit alkatrészeket előállítani. A fejlesztéshez kapcsolódó végeselemes eljárásfejlesztést, a kompozitszerkezetek anyagjellemzőinek egyszerű eljárással történő pontos meghatározását, a kompozit teherviselő elemek károsodásszámítási eljárásának újszerű kidolgozását, valamint ezek tudományos megalapozását az eCon Engineering mérnökei végezték.

Az MTA Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézete (MTA TTK AKI), valamint a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Polimertechnikai Tanszéke a projekt sikeres végrehajtásához elengedhetetlen tudományos hátteret és kiváló kutatási infrastruktúrát biztosított. A szakirodalmi háttér mélyreható felkutatása mellett a Tanszék kutatói a program gyakorlati megvalósításában is részt vettek.

A Tanszék akkreditált anyagvizsgáló laboratóriumában kerültek végrehajtásra a félüzemi gyártást előkészítő gyártási és technológiai kísérletek, az alapanyagok bevizsgálása, és ezek egymásra hatásának vizsgálatai, valamint a végeselemes számítások alapjait jelentő magas műszerezettségű, széles hőmérséklettartományban végzett kompozit anyagvizsgálatok is. – idézte a legfontosabb feladatokat Dr. Molnár Péter, aki az evopro-csoport busz és kompozitok üzletágának alelnökeként kezdetektől a konzorcium szakmai vezetője volt.

Új anyagok az autóiparnak

– Először azt vizsgáltuk meg, hogy az autóiparban melyek azok a kulcsfontosságú paraméterek, amelyek alapján egy-egy új technológia bevezetése mellett döntenek a gyártók. Azt láttuk, hogy a folyamatos költségcsökkentés mellett a fejlesztések jelentős része a károsanyag-kibocsátás mérséklésére, és ennek kapcsán a minél könnyebb kocsitest létrehozására irányul. A fogyasztás csökkentésére jelenleg is többféle megoldás létezik: a gyártók fejlesztik a hajtásláncot, csökkentik a motorok méretét, hibrid vagy teljesen elektromos hajtásrendszert alkalmaznak a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése érdekében. Bizonyos mértékben lehet még optimalizálni a gördülési és légellenállást vagy egyéb paramétereket is, bár ezek a lehetőségek igencsak korlátozottak.

Végül csökkenteni lehet a járművek tömegét annak érdekében, hogy minél kevesebb legyen a fogyasztás, és így a károsanyag-kibocsátás is. Mi e három lehetőség közül a tömegcsökkentésre koncentrálunk a kompozit alkatrészek és gyártástechnológiák fejlesztésével. Ugyan a műanyagok és kompozitok már jelenleg is számos másodlagos fém szerkezeti elemet kiváltanak, a mi célunk, hogy olyan alkatrészeket fejlesszünk és gyártsunk az autóiparnak, melyeknek teherviselő funkciója van – amelyek képesek felmutatni az elvárt statikus, dinamikus és a törési tulajdonságokat is.

 

 

Dr. Molnár Péter:

"Egy új eljárást

fejlesztettünk, amelynek

különlegessége, hogy nem

kész polimereket

használunk, hanem

azok monomerjeit"

 

Másik fontos paraméter a járműipar számára az alkatrészek újrahasznosíthatósága. A fémek esetében ez a probléma többé-kevésbé megoldottnak tekinthető. Habár a gyártási költségeket alapvetően befolyásolja a szérianagyság, a kompozitok előállítása jellemzően drágább a fémekénél. Ezt a költségnövekedést akkor küzdhetjük le, ha egy-egy kompozittermék több funkciót képes betölteni, komplexebb tud lenni, mint pl. egy mélyhúzott, ponthegesztett fém karosszériaelem. A járműipari teherviselő elemek esetében jelenleg a hőre keményedő, ún. thermoset polimerekkel képzett kompozitok alkalmazása terjedt el.

Ilyeneket használ pl. a BMW vagy az Audi is a járműveiben. Ezek a kompozitok viszont nehezen reciklálhatóak, az újrahasznosításuk költséghatékonyan nem megoldható. A kompozittermékek mechanikai képességeit és minőségét alapvetően meghatározza az, hogy milyen a kapcsolat a polimer mátrixanyag és az erősítő szálak között. A mátrix és az erősítő anyag tulajdonságaiból adódó előnyöket csak akkor aknázhatjuk ki igazán, ha a két anyag egy rendszerként együtt dolgozik.

A hőre lágyuló polimerekkel képzett kompozitok sokkal egyszerűbben újrahasznosíthatók az életciklusuk végén, hiszen azokat elég tisztítani, bedarálni és újragranulálni ahhoz, hogy másodlagos nyersanyagként felhasználhatók legyenek. A komplex geometriájú, folytonos szállal (pl. szén-, vagy üvegszál textíliával) erősített kompozitok létrehozása viszont számos nehézségbe ütközik. Elsősorban az erősítő szálkötegek megfelelő impregnálása, a kiváló határfelületi tapadás létrehozása komoly kihívást jelent.

 

 

Ezért egy új eljárást fejlesztettünk, amelynek különlegessége, hogy nem kész polimereket használunk, hanem azok monomerjeit. Leegyszerűsítve, ha egy polimeranyagot megömlesztünk, akkor sűrűn folyós anyagot kapunk, amellyel nagyon nehéz tökéletesen átitatni az erősítő szálakat, nem alakul ki jó tapadás a szál és az azt befoglaló mátrix polimer között. A probléma megoldására a járműipar által is széles körben alkalmazott műszaki műanyag, a Poliamid 6-os (PA6) monomeréhez nyúltunk vissza.

Ha a PA6 monomerét, az ɛ-kaprolaktámot egy meghatározott hőmérséklet fölé hevítjük, akkor az nagyon alacsony viszkozitásúvá válik, amellyel az erősítő textíliák tökéletesen átitathatók. Az impregnálást követően a monomer a gyártó szerszámban polimerizálódik, így a tökéletes szál-mátrix határfelületi tapadás biztosítható. Ehhez azonban részletesen ismerni kell az ɛ-kaprolaktám polimerizációját, mely elsődlegesen meghatározza a képződő kompozit minőségét és tulajdonságait.

Az MTA TTK AKI Polimer Kémiai Kutatócsoportjának munkatársai a konzorcium keretében ehhez olyan polimer kémiai alapkutatásokat folytatnak, amelynek célja ezen monomer polimerizációja alapvető folyamatainak a felderítése. Ennek során szisztematikus laboratóriumi kísérletekkel vizsgálják az egyes reakcióparaméterek, úgymint a reaktánsok anyagi minősége és aránya, hőmérséklet- és reakcióidő, polimerizációra és a kapott polimerek tulajdonságaira kifejtett hatását. A kompozitokat eredményező polimerizációs folyamat ugyanis, és ezzel együtt a végtermék minősége, több anyagi és környezeti paramétertől függ.

A kapott részletes polimer kémiai eredmények nyomán kiválaszthatók olyan körülmények, melyek alapján a gyártástechnológiai méretnövelés során optimális tulajdonságú és minőségű kompozitok nyerhetők. Igy ezzel a módszerrel már ugyanolyan komplex alkatrészeket gyárthatunk, mint a megszokott, hőre keményedő mátrixú kompozitok esetén, tehát kombináljuk a hőre keményedő és hőre lágyuló kompozitok gyártástechnológiájából adódó előnyöket. A komplexitást azért hangsúlyozom, mert minél több funkciót tudunk integrálni egy alkatrészbe, annál jobban tudjuk csökkenteni később az autó összeállítási költségét is.

Nézzünk egy példát: a vásárló természetes elvárása, hogy az autója külső felülete hibátlan, sima felületű legyen. De belül az ajtószerkezet merevségét – az oldalütközés védelme érdekében – különböző kereszttartó gerendák biztosítják. Ezeket a struktúrákat jellemzően több alkatrészből kell összerakni, különböző vastagságú és minőségű mélyhúzott, hajlított, kivágott fém lemezalkatrészeket kell összehegeszteni, ragasztani vagy csavarozni.

 


A mi eljárásunk lehetővé teszi pl. olyan összetett kompozit alkatrészek létrehozását egy technológiai lépésben, amelyek látható felületén jó a felületi minőség, amíg a hátoldalán különböző komplex merevítő bordák helyezkednek el.


 

Ezek olyan kiváló mechanikai jellemzőkkel bíró szendvics szerkezetek is lehetnek, melyek fajlagosan a legkisebb tömeg mellett a legnagyobb merevséget és pl. energiaelnyelő képességet biztosítják. A felhasznált termoplasztikus anyagokból adódóan az eljárás nagy előnye, hogy rendkívül erős kompozit alkatrészeket tudunk létrehozni, amelyek később ledarálva, újragranulálva másodlagos alapanyagként, préseléssel, extrudálással vagy fröccsöntéssel újrahasznosíthatók.

A gyártási költségek csökkentése érdekében azt is meg kell oldanunk, hogy csökkentsük a kompozitok gyártásának ciklusidejét. Jelenleg az ismert gyártástechnológiák legnagyobb része meglehetősen lassú az acél vagy alumínium alkatrészek esetében megszokott egy perc alatti ciklusidőkhöz képest. Ez komoly versenyhátrányt jelent, amikor egy-egy modell esetében évente 100 ezres tételeket kell előállítani. Néhány eljárással megközelíthető ez a ciklusidő, de fejlesztéseinkkel arra törekszünk, hogy olyan gyorsan és automatizáltan gyártsunk kompozit alkatrészeket, ami már beilleszthető egy autóipari gyártósorba – hangsúlyozta Dr. Molnár Péter.

 

 

 

Kiglics Gábor:

"Már vannak

olyan cégek,

akik komolyan érdeklődnek

az eCon Engineering

által kidolgozott eljárás

végeselemes

megoldásaival kapcsolatban"

– A fémek viselkedéséről szinte mindent tudunk, ezzel szemben a kompozit alkatrészek tulajdonságairól lényegesen kevesebb ismeretekkel rendelkezünk – említett egy újabb szempontot Kiglics Gábor, a konzorcium végeselemes feladatait elvégző eCon Engineering Kft. ügyvezetője. – A kompozitiparban például nem feltétlenül azok a tönkremeneteli módok vannak, mint a fémek esetében – károsodások, rétegek közti delaminációk, szálszakadások, gyártás közbeni imperfekciók lehetségesek.

A végeselemes vizsgálatok során ezekkel is foglalkoznunk kellett, hogy olyan minőségű kompozitszerkezetet tudjunk átadni a gyártónak vagy a későbbi felhasználónak, ami lényegében az acéltermékekhez hasonló minőségű. Ezért egy korábbiaknál egyszerűbb megoldással (az általános lemezelmélet alapján, annak átalakításával) sokkal pontosabb bemenő adatokat tudunk előállítani a kompozitiparban alkalmazott végeselemes számítások számára. Ez az eljárás már megvan, integrálni is szeretnénk több végeselem-szoftverbe.

 

 

Az irodánkban jelenleg futó fejlesztési projektek elsődleges célja, hogy olyan megoldást szolgáltassunk partnereinknek, melyek segítségével az eddigi „hagyományos” kompozitszámítási módszert egy sokkal gyorsabb és pontosabb eljárással tudjuk/tudják felváltani, ezzel is katalizálva a technológiafejlesztésben elért eredményeket. Bízom benne, hogy az eddigi visszajelzések alapján ezzel és a majdan kapcsolódó további fejlesztésekkel jelentős hozzáadott értéket tudunk előállítani, megalapozva a hazai mérnöki szolgáltató iparágba vetett bizalmat, és megerősíteni a régió műszaki elismertségét.

Innovációból üzlet

– Az NKFIH-pályázat szerint 2019 novemberére kell egy olyan automatizált gyártósort felépítenünk, amelyik képes az általunk fejlesztett technológiát alkalmazni, és legyártani egy demonstrátor alkatrészt, amely bizonyítja az egész koncepció életképességét. A tervekhez képest a gyártósor már felépült a budapesti üzemünkben, és egy, a BME-s kollégákkal közösen tervezett, egyszerűsített szerszámmal állítjuk elő a mechanikai vizsgálatokhoz szükséges próbatesteket. A következő hónapok feladata lesz a technológia és a teljes gyártórendszer finomhangolása. A háttérfejlesztések eredményeként elértük, hogy a gyártási ciklusidők már három-négy percesek, ezek kb. feleakkorák, mint a megszokott nagyszériás kompozitipari eljárásoknál. Vagyis ott tartunk, hogy az automatizált gyártósorunkkal már tudunk terméket előállítani.

Következő lépésként ezeknek a termékeknek a teljes műszaki validációjára kerül sor, amelyet a BME-vel közösen végzünk. A mérések folyamatosak, ezekből áll össze egy teljes mechanikai paraméter „zsebkönyv”, amelyben összefoglaljuk, hogy milyen tulajdonságokkal rendelkeznek az eljárásunkkal gyártott alkatrészek. Ezt követően tudjuk megtenni azokat a konkrét lépéseket, amelyek elvezetnek egy TIER1-es vagy OEM autóipari résztvevővel folytatott közös fejlesztéshez. Arra is felkészülünk, hogy ne csak a kutatás-fejlesztésben, innovációban, hanem gyártástechnológiánk felfejlesztése révén egyes alkatrészek tömeggyártásában is részt vegyünk – hangsúlyozta Dr. Molnár Péter. A gondolatmenethez kapcsolódva Kiglics Gábor kiemelte:

 


Az eddigi eredmények bizonyítják, hogy jó irányba halad a konzorcium, és bízunk benne, hogy belátják ezt azok a résztvevők is, akik támogatták ezt a projektet.


 

Ugyanakkor fontos látni, hogy egy ígéretes kutatás-fejlesztést nem lehet befejezni, legfeljebb egy ponton abbahagyni. Ezért közös érdekünk, hogy az együttműködést tovább folytassuk, és szerencsére Péterrel mindketten készek vagyunk ezt a projektet továbbvinni. Azok az eljárások, amelyek a közös munka során a kompozitokkal, illetve a mi oldalunkon az analízishez kapcsolódóan kialakultak, már önmagukban is teljes mértékben értékesíthetők, de szeretnénk eljutni abba a helyzetbe, amikor a megoldásoknak nemcsak egyes elemeit lehet forgalmazni, hanem az egész csomagot is, mint komplex számítási és gyártási technológiát. Az automatizálás, a mérések, az eredmények átfogó validációja, a végeselemes analízis, igazából ezek adják meg azt a magas hozzáadott értéket, ami mindkettőnk számára fontos.

Az üzleti lehetőségeket értékelve Dr. Molnár Péter elmondta, reális célkitűzésnek tartja a technológia licencelése révén Európán kívül megjelenni a kínai, indiai és afrikai piacon is. Hozzátette, a nemzetközi terjeszkedést segítheti az az innovációs díj is, amelyet idén márciusban a konzorciumi partnerekkel közösen nyertek el a legnagyobb nemzetközi kompozitipari rendezvényen, a párizsi JEC World szakkiállításon. A kompozitipar Oscarjaként is emlegetett bemutatón közel 46 ezer szakember, az iparág színe-java gyűlik össze minden évben a francia fővárosban a világ minden tájáról.

 

 

“Az innovációs díjat már 2016-ban is sikerült Budapestre hozni, akkor a városi közlekedés kategóriában a kompozittestű autóbusszal nyertünk. Olyan prominens cégekkel álltunk a színpadon, mint a Lamborghini, az Audi vagy a KTM. Ezúttal az autóipari eljárások kategóriájában ítélték legjobbnak a fejlesztéseinket, az értékelés utolsó körében megelőzve a Hyundai Motors-Mitsubishi Chemicals konzorciumát, valamint a Mubea CarboTech-Porsche A. alkotta csapatot.” – szólt az előzményekről Dr. Molnár Péter.

Az eCon Engineering ügyvezetője, Kiglics Gábor a kiállításon folytatott megbeszéléseik és a konferencián tartott előadásuk alapján úgy látja, hogy nemcsak az autóipar meghatározó szereplőit foglalkoztatják élénken a kompozitok és a kapcsolódó technológiák felhasználásának lehetőségei, emiatt intenzíven keresik az ezzel kapcsolatos innovatív megoldásokat. Szólt arról is, hogy már vannak olyan cégek, akik komolyan érdeklődnek az eCon Engineering által kidolgozott eljárás végeselemes megoldásaival kapcsolatban.

– Ahogy korábban említettem, a pályázat határideje idén novemberben lejár. Ahhoz, hogy tovább tudjuk vinni a programot, és elősegítsük a hosszú távú hasznosítását, a projektet spin-off céggé alakítva kiszervezzük az evopro Systems Engineering Kft.-ből, és attól függetlenül egy jelentős tőkebefektetéssel HD Composite Zrt. néven folytatjuk a fejlesztéseket. Ez a befektetés biztosítja azt is, hogy ne csak a programot tudjuk sikeresen befejezni, hanem zöldmezős beruházással létrehozzunk egy olyan fejlesztő és gyártó központot, amely kifejezetten a járműipari kompozitok fejlesztésére fókuszál.

Jelenleg egy 15 fős mérnökcsapat alkotja a cégünk kompozitfejlesztő divízióját, azok a szakemberek, akik korábban is a programon dolgoztak, és rendelkeznek a szükséges kompetenciákkal. A feladatok függvényében szeretnénk a létszámot a jövőben tovább bővíteni, és a fejlesztéseink révén a nemzetközi kompozitipar meghatározó szereplői kívánunk lenni – beszélt a következő évek terveiről Dr. Molnár Péter, a HD Composite Zrt. vezetője.

A fröccsöntéshez használt szimulációs megoldások új generációja
A CoreTech System Moldex3D R17 szoftvere az új felhasználói felületnek és az egységes szimulációs munkafolyamatnak köszönhetően könnyű és gyors betekintést biztosít a gyártási folyamatba, felgyorsítva ezzel a döntéshozatali fázist.
Hibrid csapágyak tűrőképességének vizsgálata
Az SKF új kutatása költséghatékonyabbá és megbízhatóbbá teheti a hibrid csapágyakat, utat nyitva ezzel az alkalmazások szélesebb körében történő felhasználásukhoz.
Megtisztítják a világűrt
Az Európai Űrügynökség (ESA) Clean Space programjának egyik célja a világűr megtisztítása az űrszeméttől, a projekt keretében egy magyar cég az űreszközök dokkolását segítő infravörös és foszforeszkáló jelzőfények fejlesztését végzi.
3D pozíciós Hall szenzorok szórt mágnesesség kompenzációval
A TDK-Micronas új, háromdimenziós szenzorcsaládja négy különböző mérési módot kínál egyetlen eszközben: lineáris poziciómérés, 360°-os elfordulásmérés, 180°-os elfordulásmérés szórt mágnesesség kompenzációval, valamint valós háromdimenziós mágneses tér (BX, BY, BZ) mérés.
S&T Mold & Plastics Academy meghívó
Tisztelettel meghívjuk Önt és érdeklődő munkatársait az “S&T Mold & Plastics Academy” c. rendezvényünkre.