Njemački inženjer strojarstva i voditelj istraživanja Martin Osbild ljubitelj je izbjegavanja otpada. Kod kuće će radije popraviti nego zamijeniti pokvarene kućanske predmete – od perilica rublja do miksera za hranu i bicikala. Na poslu su mu isti okolišni principi visoko na popisu prioriteta.
POGLEDAJTE VIDEO:
Osbild vodi tim istraživača na Institutu za lasersku tehnologiju Fraunhofer (Fraunhofer ILT) u Aachenu u Njemačkoj, koji razmatraju kako bi poboljšanja u laserskoj tehnologiji mogla pomoći u smanjenju otpada i poboljšanju ekološke održivosti u proizvodnji.
Njihov je rad dio četverogodišnje istraživačke suradnje koju financira EU pod nazivom METAMORPHA, a koja će završiti u kolovozu 2026.
Precizna proizvodnja
Glavni fokus je na laserskoj mikroobradi – izuzetno preciznom oblikovanju i obradi metala i drugih materijala potrebnih u područjima kao što su elektronika, zrakoplovstvo i medicinska primjena.
Njihov rad postaje sve važniji u kontekstu rastuće potražnje za minijaturnim dijelovima. Današnje proizvodne linije oslanjaju se na mikroobradu u proizvodnji kompleksnih dijelova za uporabu u proizvodima u rasponu od vrhunske elektronike do luksuznih satova.
Prema Osbildu, mnoge postojeće tehnike mikroobrade uključuju neučinkovite i nefleksibilne mehaničke i elektrokemijske procese koji troše mnogo energije, dok istovremeno proizvode veliku količinu otpada i štetnih kemikalija.
„Mnogi su industrijski procesi prilično stari, što znači da su dobro proučeni, ali također nisu ekološki prihvatljivi”, rekao je.
Osbild i njegov tim smatraju da se rješenje krije u laserskoj tehnologiji – točnije, takozvanom ultrakratkom pulsnom (eng. ultrashort-pulse, USP) laseru. Upotreba iznimno kratkih impulsa svjetlosti koji traju samo kvadrilijunti do trilijunti dio sekunde za rezanje i strukturiranje površina omogućuje daleko veću preciznost od dužeg laserskog impulsa ili kontinuiranog zračenja.
Veća točnost laserske obrade pri prvom pokušaju smanjuje otpad i također izbjegava upotrebu kemikalija potrebnih u tradicionalnim procesima. Osim toga, tehnika zaobilazi potrebu za zamjenom alata jer nema habanja. Također smanjuje površinsko zagrijavanje, gubitak energije i potrebu za premazima. USP laseri mogu obraditi gotovo svaki materijal s preciznošću na mikrometarskoj razini.
Fokus na pulsu
Jedna od prepreka s kojom se istraživači suočavaju je ta da USP laseri zahtijevaju intenzivnu lasersku snagu kako bi bili učinkoviti u industrijskim razmjerima.
„Nedostatak USP lasera godinama je bio u tome što nisu bili dovoljno snažni da budu konkurentni za više industrijskih primjena s velikim dijelovima”, rekao je David Bruneel, koordinator istraživanja grupe u tvrtki LASEA, proizvođaču industrijskih laserskih strojeva sa sjedištem u Liègeu u Belgiji.
LASEA blisko surađuje s timom Fraunhofer ILT-a i drugim istraživačkim partnerima iz Francuske, Njemačke, Grčke, Luksemburga, Nizozemske i Španjolske na proširenju USP laserske tehnologije za proizvodnju velikih razmjera.
Istraživači su sada uključeni u testiranje 1-kilovatnog USP sustava za koji vjeruju da bi mogao značajno proširiti raspon primjena za USP mikrostrojnu obradu u usporedbi s trenutačnim komercijalnim sustavima koji rade na snagama od 200 do 300 vata.
„Sada svjedočimo značajnom rastu snage, čime će mikrostrojna obrada postati znatno učinkovitija”, rekao je Buneel.
Cilj je zamijeniti cijeli lanac mikrostrojne proizvodnje jednim digitalnim USP laserskim sustavom. To će uključivati 3D senzore i algoritme strojnog učenja kako bi se povećala učinkovitost, pomoglo u prilagođavanju dizajna i praćenju otpada.
Industrija 5.0
Ispitivanja pokazuju da bi ova tehnologija potencijalno mogla smanjiti i količinu otpada i potrošnju energije za 90 %. Može se primijeniti u izradi širokog spektra proizvoda, od elektroničkih komponenti do glava britvica i strojeva za utiskivanje metalnih limova koji se upotrebljavaju na karoserijama automobila i limenkama za hranu i piće. Potencijal je ogroman.
LASEA je tijekom godina bila uključena u niz projekata o razvoju laserske tehnologije i fotonike koje financira EU, a koristila je i financijska sredstva EU-a i zajedničko stručno znanje širokog raspona europskih partnera. To je pomoglo eksponencijalnom rastu tvrtke od 1999. godine.
Također je pomoglo zadržati vrhunska radna mjesta i tehničko znanje u Europi u sektoru od strateške važnosti.
Bruneel smatra da financiranje EU-a u sektoru laserske proizvodnje pomaže u usmjeravanju regije prema Industriji 5.0 – u kojoj ljudi rade zajedno s naprednom tehnologijom i tehnologijom temeljenom na umjetnoj inteligenciji kako bi doprinijeli poboljšanjima okoliša i otpornosti, istodobno dajući prednost dobrobiti radnika.
„Europa usmjerava razvoj gospodarstava i tehnologije u regiji prema boljem svijetu”, rekao je.
Prirodna inspiracija
LASEA je također bila uključena u raniju istraživačku inicijativu koju je financirao EU pod nazivom LAMPAS, a koja je razvila snažni USP laserski sustav inspiriran biološkim procesima. Primjerice, promatranje svojstava samočišćenja listova lotosa dovelo je do razvoja površina s vodoodbojnim svojstvima.
„Inspiracija iz biologije posebno je moćna jer je priroda razvila nevjerojatno učinkovite površinske funkcionalnosti”, rekao je profesor Andrés Lasagni, stručnjak za fotoniku i lasersko površinsko inženjerstvo na Tehnološkom sveučilištu u Dresdenu u Njemačkoj, koji je koordinirao istraživanje.
Razvijena tehnologija može se upotrijebiti za laserski proizvedene površine koje se lako čiste u pećnicama, hladnjacima i drugim kućanskim aparatima, kao i za površine otporne na otisak prstiju. Laserska obrada uređaja za zagrijavanje vode u perilicama posuđa također je rezultirala manjim nakupljanjem minerala, pomažući u sprječavanju začepljenja strojeva.
Koža morskog psa bila je još jedan izvor inspiracije za površinske dizajne koji smanjuju trenje i otpor, s primjenama u sektorima kao što su prijevoz i aerodinamika.
„Oponašajući ove biološke sustave, možemo stvoriti materijale koji bolje funkcioniraju, traju dulje i pridonose uštedi energije”, rekao je Lasagni.
Pokretačka sila
Lasagni je također naglasio da je suradnja koju potiče potpora EU-a tom sektoru pokretačka sila europske industrije. LAMPAS, koji je završio 2022. godine, uključivao je tvrtke iz područja laserske tehnologije iz Belgije, Francuske, Njemačke i Španjolske.
„Ova razina suradnje ključna je za poticanje inovacija i osiguravanje da se najnovija dostignuća u tehnologiji ne razvijaju samo u Europi, već i komercijaliziraju ovdje”, rekao je.
Gledajući u budućnost, rekao je da će laserske tehnologije postati šire prihvaćene jer proizvođači u svim industrijama nastavljaju tražiti načine za poboljšanje učinkovitosti i performansi uz smanjenje utjecaja na okoliš.
„Funkcionalnosti koje takve tehnologije pružaju nisu samo zgodne”, rekao je. „Mogu suštinski poboljšati učinkovitost proizvoda u brojnim industrijama”.
Autor: Gareth Willmer
Istraživanja u ovom članku financira EU-ov program Horizon. Stavovi sugovornika ne odražavaju nužno stavove Europske komisije.
Više informacija:
- METAMORPHA
- Internetska stranica projekta METAMORPHA
- LAMPAS
- Internetska stranica projekta LAMPAS
- Industrija 5.0
Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.