Proč má Plasma Shock Peening našlápnuto prodlužovat životnost nejvíce namáhaných strojních součástí? Jak je možné, že plastové projektily střílí do kovových povrchů bezmála první kosmickou rychlostí? A jakou roli sehrál v komercializaci technologie SIC? Užijte si Ústav termomechaniky i pohledem filmařů.
Letos slaví velké výročí. Když Ústav termomechaniky v roce 1953 vznikl, málokdo si zřejmě dovedl představit, jak širokou paletu oborů bude ve svých sedmdesáti zvládat. Když laboratoř původně založená k výzkumu průmyslových strojů otevřela o dvanáct let později pobočku ve středočeském městečku Nový Knín, rozběhl se v tamních aerodynamických tunelech výzkum nejen v oblasti strojírenství, ale i energetiky a životního prostředí. Jenže program ústavu se dál rozšiřoval do dalších směrů, mimo jiné i díky pozdějšímu sloučení s Ústavem pro elektrotechniku AV ČR.
Vědečtí pracovníci ústavu dnes například přispívají k vyšší bezpečnosti parních turbín v elektrárnách, protože mimořádně přesně měří jejich vibrace a předpovídají riziko vzniku trhlin v materiálu. Modelováním lidského hlasu přispívají k vývoji umělé náhrady hlasivek a jejich speciální sonda pro měření pružnosti lidské kůže v různých směrech může usnadnit výzkum účinků kosmetických přípravků. A může také napovědět, jak optimálně vést řez při chirurgické operaci, aby se rána co nejlépe hojila. Všechny úspěchy a praktické aplikace vychází z dlouhodobého studia toho, co kdysi termomechanika dostala do vínku. „Zkoumáme vlastnosti nejrůznějších látek (plynů, kapalin, pevných látek i plazmatu) a zkoumáme děje, které se odehrávají uvnitř, když na ně působíme,“ vysvětluje Patrik Zima. „Působíme na ně nejčastěji teplem (to je to termo) a silami (odtud mechanika),“ dodává vedoucí Útvaru pro podporu výzkumu.
Jak funguje Plasma Shock Peening
Díky zvědavosti a talentu Jiřího Šonského, vedoucího Oddělení elektrotechniky a elektrofyziky, si v Ústavu termomechaniky můžete osahat i unikátní technologii Plasma Shock Peening (PSP) neboli plazmové vyklepávání kovových povrchů. Zní to složitě, ale princip je podobný jako při vyklepávání kosy. Když do čepele kosy udeříte opakovaně kladivem, zlepšujete tím vlastnosti jejího povrchu. PSP oproti tomu zlepšuje odolnost kovových povrchů v průmyslu tím, že do nich střílí miniaturní plastové projektily.
Jak přesně technologie Plasma Shock Peening funguje? „Velmi krátkým elektrickým výbojem se vypaří kovová fólie, která exploduje. Exploze následně urychlí tenký plastový projektil, který dopadne na povrch kovu. Projektil je velmi malý kousek plastu, který dopadem způsobí v povrchu kovu rázovou vlnu, a tím dojde k deformaci konkrétního místa, které se zhutní,“ vysvětluje princip technologie její autor Jiří Šonský. Tenký plastový projektil přitom letí těžko představitelnou rychlostí několika kilometrů za sekundu, čímž se blíží první kosmické rychlosti. „Kdyby tu nebyla atmosféra, tak náš malý kousek plastu vyletí až na orbit,“ přibližuje Jiří Šonský s trochou nadsázky.
Vystřelený projektil zanechává na zkušebním vzorku viditelnou čtvercovou stopu a uvnitř ní je okem vidět zhutněný materiál. „V něm se už nemohou šířit trhliny tak snadno, mají to ztížené, takže naše technologie ve výsledku zvyšuje odolnost kovového výrobku vůči opakovanému namáhání,“ popisuje Jiří Šonský její přínos.
Výhody a využití technologie Plasma Shock Peening
V průmyslu existují podobné metody, kterými můžeme životnost kovových povrchů prodloužit. Nejběžnější z nich je kuličkování, jehož účinek ale Plasma Shock Peening překonává a zároveň produkuje menší množství odpadů. Další konkurenční technologii se říká laserové vyklepávání (Laser Shock Peening), které ale využívá citlivé a složité technologie (laser a optiku), což ztěžuje jeho využití. Oproti laserovému vyklepávání PSP nevadí prašnost a vibrace a není nutný ponor obrobku do vody. Zároveň se zařízení vejde doslova na stůl, takže ji můžete snadno přenést na místo, kde potřebujete kovový povrch opracovat. Výhodou jsou i její nižší pořizovací náklady. Jak ale zdůrazňuje Patrik Zima, technologie konkurující si na trhu v praxi nakonec soupeřit nemusí, protože se mohou vhodně doplňovat. „Dražší a nepatrně účinnější technologie můžete použít na nejdůležitějším dílu kovové konstrukce, ostatní díly pak opracujete technologiemi méně nákladnými,“ vysvětluje.
Praktičnost, jednoduchost a účinnost PSP už zaujala český start-up PSP Technologies natolik, že si od Ústavu termomechaniky zakoupil její licenci. „Technologie zatím funguje v laboratorních podmínkách, start-up ji ale plánuje dále rozvíjet a prodávat do celého světa. Hodlá vyvinout prakticky použitelnou robotickou hlavu, která se bude v průmyslu používat k opracovávání kovových výrobků, zlepšování jejich vlastností a prodlužování jejich životnosti,“ zdůvodňuje Patrik Zima, proč se patentovaná technologie PSP s vysokou pravděpodobností začne využívat k opracovávání nejvíce namáhaných součástí strojů a nástrojů v různých oblastech průmyslu.
Role Středočeského inovačního centra
Cílem Ústavu termomechaniky je skvělou technologii uplatnit v praxi. Jenže sama unikátnost k tomu nestačí. Středočeské inovační centrum proto v rámci svého programu Konzultační podpora pomohlo ústavu najít vhodnou kreativní agenturu, s níž definoval možné oblasti využití. Kreativní agentura následně oslovila potenciální klienty po celém světě a na základě reakcí si ústav ověřil komerční potenciál technologie. „Spolupráce se SIC probíhá hladce bez složitých administrativních překážek,“ zdůrazňuje Patrik Zima a dodává, že spolupráce běží na více frontách. Vedle komerčního ověření potenciálu technologie Plasma Shock Peening totiž SIC umožnil získat finance i na vypracování plánu genderové rovnosti Ústavu termomechaniky a navíc ho zapojil do mezinárodního projektu MERIT pro mobilitu vědců.
