Ústav pro hydrodynamiku ve spolupráci s Ústavem výrobního inženýrství Fakulty technologické UTB ve Zlíně a s Oddělením chemického a potravinářského inženýrství Univerzity v Salernu (Itálie) vyvinul model pro predikci viskozity směsí používaných při výrobě drobných kovových nebo keramických dílů využívaných např. v automobilovém, zbrojním a elektrotechnickém průmyslu, při výrobě lékařských přístrojů nebo v hodinářství. Výsledky výzkumu byly publikovány v renomovaném časopise Ceramics International.
Technologie pro výrobu vysoce přesných dílů s výbornou kvalitou povrchu
Vstřikování prášků (nano-/mikro-částic) do forem – PIM (Powder Injection Moulding) je moderní technologie pro výrobu drobných kovových či keramických dílů, kdy polymerní pojivo váže nano- či mikro-částice z rozdílných materiálů, buď na bázi kovů – MIM (Metal Injection Moulding), nebo keramiky – CIM (Ceramic Injection Moulding). Vyrobené díly se vyznačují špičkovou kvalitou výsledného povrchu a zejména komplexností tvaru. Navíc náklady na jejich pořízení jsou výrazně nižší ve srovnání s klasickými metodami obrábění a lití, přičemž v jednom kroku je vyroben finální produkt komplikovaného tvaru, který klasickými metodami zpravidla vznikne až slisováním geometricky jednodušších tvarů.
PIM proces probíhá ve 4 základních krocích: 1) homogenizace vstupní zpracovávané směsi obsahující zpravidla kovové nano- či mikro-částice, polymerní pojivo organického původu (parafín, polyetylénglykol) a surfaktant umožňující vyšší zahuštění směsi (45-75 %); 2) vstřikování zplastizované směsi do forem; 3) odstraňování pojiva; 4) slinování (sintering). Obecně platí, že každá chyba ve výrobním postupu se dále profiluje a není možné ji v následných krocích potlačit.
Znalost viskozity směsi je zásadní
Pro každou směs s daným složením je nutná správná simulace jejího vstřikování do připravené formy, tj. simulace 2. základního kroku. Nezbytným základem simulace je správné určení viskozity směsi. To bývá časově i finančně náročné a s každou, byť sebemenší, změnou složení směsi je zapotřebí její nové experimentální určení. Možnost predikovat viskozitu tedy značně zjednodušuje a zlevňuje technologický proces.
Výsledek výzkumu
Předmětem publikovaného výzkumu je spojitá predikce viskozity směsi složené z kovových nanočástic (Al2O3) v rozmezí 0-50 % a surfaktantu (kyselina stearová) v rozsahu 0-5 %. Odchylka predikce je v průměru 6 %, tj. hodnota srovnatelná s nepřesností experimentálního stanovení viskozity.
Kapilární reometr Göttfert pro měření viskozity
Keramické díly vyrobené procesem CIM
Zdroj: Rauschert.com
SEM foto kovových nanočástic
v polymerní matrici
Kovové díly vyrobené procesem MIM
Zdroj: Pan Taiwan Enterprise Co., Ltd.