Ve tradiční výrobě bývá velice obtížné svařovat nepodobné materiály, jako je třeba kov se sklem. Zásadní problém je obvykle v tom, že takto nepodobné materiály mívají i rozdílné tepelné vlastnosti. Pokud byste přece jenom klasickým způsobem svařovali kov se sklem, tak brzy zapláčete nad skleněnými střepy.
Teď se to ale podstatně změní. Tým skotské Heriot-Watt University vyvinul průlomovou technologii, která právě takové doposud nemyslitelné věci dokáže. Třeba svařovat kov se sklem. Použili k tomu ultrarychlý laserový systém a průmyslová výroba by se podle všeho měla připravit na pořádnou revoluci.
Šéf společného centra pěti univerzit EPSRC Centre for Innovative Manufacturing in Laser-based Production Processes Duncan Hand a jeho spolupracovníci vyvinuli systém, který pálí do svařovaných materiálů nesmírně krátké pikosekundové pulsy infračerveného paprsku, jejichž působením se spojí jinak svařováním nespojitelné materiály. Tým Heriot-Watt University úspěšně svařil rozmanité optické materiály, jako je křemen, borosilikátové sklo nebo třeba safír s kovy jako je hliník, titan nebo nerezová ocel.
Nový výrobní proces by mohl proměnit celou řadu dosavadních postupů průmyslové výroby. Mohl by rovněž přinést nové pozoruhodné aplikace v leteckém a kosmickém průmyslu, obranných technologiích, optice nebo třeba v lékařské péči. Jak poněkud neskromně říká Hand, svařování kovu se sklem představuje velký pokrok v průmyslové výrobě a designu.
V současné době je sice možné jakž takž spojovat kov se sklem a podobné kombinace materiálů, na výsledek ale často nebývá příliš pěkný pohled. Dělá se to různými lepidly a finální výrobek podle toho vypadá. Práce s lepidlem není snadná a slepené části dělají často problémy. Použité lepidlo se také nezřídka postupně odpařuje a životnost takových spojů nebývá tím pádem nekonečná.
Jak funguje pikosekundové laserové svařování? Kovová a skleněná část se umístí k sobě. Pikosekundové pulzy infračerveného laseru procházejí optickým materiálem a vytvářejí velmi malé a zároveň velmi horké plošky mezi svařovanými materiály. Tyto plošky o velikosti pár mikronů mohou být napumpovány až megawattovou energií. V důsledku toho na rozžhavených ploškách vzniká mikroplazma, malý kousek plazmatu, který je obklopený ostře ohraničenou oblastí roztaveného materiálu.
Uvedeným procesem laserového svařování vznikají odolné sváry. Badatelé tyto sváry testovali v teplotách od mínus 50 °C do plus 90 °C a sváry zůstaly neporušené. Vše nasvědčuje tomu, že produkty pikosekundového laserového svařování obstojí v extrémních podmínkách. Nejspíš se brzy dočkáme praktických aplikací této pozoruhodné technologie.
Video: High power laser manufacturing & fibre optics | Dr Richard Carter | TEDx HeriotWattUniversity
Literatura
Heriot-Watt University 1. 3. 2019.
Náhodně objevený nanohliník by mohl nastartovat vodíkovou ekonomiku
Autor: Stanislav Mihulka (05.08.2017)
Platina se zlatem tvoří slitinu, která je mechanicky nejodolnější na světě
Autor: Stanislav Mihulka (18.08.2018)
Nanotechnologie umožní svářet doposud nesvařovatelnou slitinu hliníku
Autor: Stanislav Mihulka (28.01.2019)
Diskuze:
Nechci rýpat, ale..
Alexandr Kostka,2019-03-09 01:10:47
Jedním ze základních požadavků výroby je i cena. Například při výrobě automobilu máme spousty materiálů výrazně lepších než je běžná "rez" ocel. Nerez, různé hliníkové slitiny, titan, uhlíkový kompozit a podobně. Nicméně když se podíváme z čeho je běžné auto, tak tam najdeme právě tu obyčejnou ocel. Protože je prostě mnohem levnější. Neříkám, že si svéření laserem nenajde cestu do výroby, ale běžně levnější "asi" bude to lepidlo. Respektive docela určitě.
PS: Pro pana Houbu:
Recyklovatelné to bude naprosto normálně. Sklo se vymlátí kladivem a střepy recyklují s dalším sklem, zbylý kov se prožene pecí. Že na něm zůstane pár gramů skla nevadí, stejně se to netaví samo o sobě, ale hází do pece s rudou. Sklo se prostě také roztaví a skončí ve strusce. Daleko horším problémem jsou výrobky úmyslně vyráběné jako neopravitelné, potažmo další s řízeným ukončením životnosti. (alias kurvítko obecné) A za úplně nejhorší bych viděl miliony tun různých "gadgetů", které jsou po dovezení do civilizovaného světa použity maximálně párkrát a pak jdou do odpadků. A to ještě nadhodnocuji, spousty jich není použito vůbec. Jsou prostě dovezeny a po zjištění, že jde o nepoužitelný a neprodejný bazmek rovnou vyhozeny.
Zásadní průlom ve svařování by mohl změnit celou průmyslovou výrobu
Emil Houba,2019-03-08 00:26:12
Z hlediscka konstrukce je svarovani oceli se sklem konstrukcni pfus. Uz ani ocel se nema svarovat s nerezem nebo hlinik s medi a pod.
Osobne nevidim v tom ani zadne vyhody.
Porad se mluvi (spravne) o ochrane prirody a nema smysl provadet konstrukce, ktere se nedaji demontovat a tudiz se nedaji poradne recyklovat.
Kdo se jeste nezlobil s tim, ze produkt vydrzel tak akorat dobu zaruky a potom se nevyplatilo ho opravovat kdyz se rozbil. Sam mam nekolik takovych produktu, treba GPS Garmin s kamerou, ktera prestala fungovat ale oprava se nevyplati, pracku Siemenns s defektni elektronikou a dalsi zmetky. A staci se jen podivat kolem sebe a oko konstruktera hned vidi zbytecna a draha konstrukcni zverstva.
co je to megawattová energie?
Jan Poslušný,2019-03-07 12:21:45
Ono to zní hrozně vědecky, ale energie se měří v joulech. Navíc, když puls o délce 1 pikosekunda obsahuje energii 1 J, je to okamžitý výkon 1 terawatt.
Objav teplej vody
Otakar Ištvánfy,2019-03-06 23:58:49
Zváranie kovov so sklom bolo zvládnuté už koncom 19. storočia pri výrobe vákuových súčiastok. Problém s rozdielnou tepelnou rozťažnosťou sa riešil použitím mäkkých kovov so špeciálnym povlakom. Predpokladám, že ak by sa pri tejto metóde malo dosiahnuť vákuovej tesnosti, bolo by nutné veľmi presne obrobiť styčné plochy.
jestli jsem dobře pochopil
Jarda Votruba,2019-03-06 09:41:12
tak se nechají svařovat jen takové materiály, kdy je jeden opticky průhledný. Což docela omezuje využití.
extrémní podmínky?
Tomáš Hluska,2019-03-06 08:04:29
-50°C už sice je dost nízká teplota, které se až tak běžně nedosahuje (i když i suchý led sublimuje při nižší teplotě), ale +90°C mi opravdu nepřijde jako nijak závratná teplota.
Re: extrémní podmínky?
Tomáš Štec,2019-03-06 09:09:43
No, pokiaľ sa bavíme napríklad o leteckom priemysle, tak -50 °C nie je nijak extrémna teplota a testovať je potrebné aspoň na -65 °C a možno aj menej. Naopak +90 °C je už dosť vysoko, keď teda vynecháme jadro motoru (kompresor, spaľovacia komora a turbína).
Re: Re: Re: extrémní podmínky?
Jan Novák9,2019-03-06 19:17:12
A vy máte v motoru skleněný válec nebo píst? Já ani jedno.
Re: Re: Re: Re: extrémní podmínky?
Petr Kr,2019-03-06 20:10:34
Mám hliníkový motor bez jediného svaru. Předpokládám, že ani ocelové motory a ani turbíny svary nemají. Nechápu tedy proč bychom nyní svary vyžadovali. Vy to potřebujete?
Re: Re: Re: Re: Re: extrémní podmínky?
Sss Dddd,2019-03-07 00:10:31
Docela se pletete. Např. dnešní dmychadlové motory (resp. s vysokým obtokovým stupněm) mají celý stator (stabilizační a nosný věnec) kolem hřídele dmychadla svařovaný, dále je v motoru pár plechových dílů jako např. spalovací komory atd. Našlo by se toho víc. Samozřejmě. že lopatky turbíny a kompresoru se nesvařují...
Re: Re: Re: Re: Re: Re: extrémní podmínky?
Petr Kr,2019-03-07 16:03:30
Potřebujete to sklo dostat do motoru za každou cenu, i když nebude vidět? Nebylo by lepší ho svařovat, tam, kde má význam? Třeba na karoserii, v mixéru a domácích spotřebičích, pro kontrolní okénka do nádrží, u nábytku atd. Mohu vědět, jaký přínos bude mít skleněná lopatka, když je to problematický materiál a navíc schovaný uvnitř?
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
