A legnagyobb autógyártóknak szállíthat technológiát egy magyar cég

Az autóiparban a hatékonyság növelésének és károsanyag kibocsátás csökkentésének fontos eszköze a járművek súlyának csökkentése. Ebben játszanak döntő szerepet a kompozitok: pontosan hogy működik az evopro-nál a kutatásfejlesztés, mi a technológia lényege?

Munkánk egy konzorciumi keretek közt folyó K+F projekt, amelyben részt vesz a Magyar Tudományos Akadémia, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, és az eCon Engineering Kft., ahol a partnereink alapvetően anyagtudományi és mechanikai számítások területén rendelkeznek kiemelkedő tudással.

Az evopro-nál rendelkezünk széles körű kompozittechnológiai kompetenciákkal, másrészt jelen van az a tudásbázis és hosszú idő alatt felhalmozott tapasztalat, ami a technológiák automatizálásához kell. Az autóipar jelenlegi elvárása az, hogy minél olcsóbban és hatékonyabban tudjunk polimer kompozit alkatrészeket gyártani. Ebben az alapvető motiváció az, hogy az autóipar számára uniós és nemzeti direktívákban van meghatározva, hogy milyen károsanyag-kibocsátási értéket kell elérni. Ezek értelemszerűen folyamatosan csökkennek, legutóbb a 2020-ra előírt értékek újabb 35-40%-os csökkentése mellett döntött az EU 2030-ig. 

Az autógyártóknak három lehetőségük van, hogy járműveikkel elérjék az elvárt értékeket. Egyrészt fejleszteniük kell a hajtásláncot, azaz dízel- és benzinüzemű motorok hatékonyságát növelni, a veszteségeket csökkenteni kell, illetve hibridizálni kell a rendszert, esetleg teljesen elektromos, vagy alternatív üzemanyagú hajtásrendszert kialakítani. Másrészt a járművek légellenállási, gördülési ellenállásból adódó veszteségeit lehet csökkenteni, de ebben egyre kevesebb mozgástere van már a gyártóknak. A harmadik lehetőség a CO2 kibocsátási értékek redukálására, ha csökkentik a járművek tömegét, hiszen ez további üzemanyagfogyasztás-csökkenést eredményez.
 

Ez utóbbi motiválja tehát a gyártókat arra, hogy minél könnyebb anyagokat használjanak. A polimer kompozitok ebben erősek, hiszen kiváló mechanikai tulajdonságú anyagok, ebben felveszik a versenyt az acéllal, tömegük viszont jelentősen alacsonyabb, sűrűségük jellemzően az acélénak csupán egy harmada.

Mennyire tud elterjedni egy ilyen anyag az autógyártásban? Vannak már most is olyan járművek, amelyek erre a technológiára épültek?

A nagy probléma az, hogy jelenleg a kompozittermékekhez egyrészt drága az alapanyag, másrészt az acél karosszériát sokkal gyorsabban lehet legyártani. Az acéliparban megszokott ciklusidők - amelyekkel karosszériaelemeket lehet létrehozni - nagyon gyors eljárások. Habár az acél elemek nagy sebességű gyártása nagy befektetést is igényelnek az autóipartól, mert nagyon drágák a berendezések, de a gyártási ciklusidők meglehetősen rövidek, jellemzően néhány tíz másodperc alatt történik egy-egy karosszéria elem létrehozásához szükséges lemezek kivágása, mélyhúzása, ponthegesztése, stb. Ez a gyártás hatékonyságában és a költségek leszorításában nagyon sokat számít.
 

Egy i3-as vagy i8-as BMW-nél (ezek az autók már szénszálas karosszériára épülnek) az elemek gyártási ideje körülbelül 8-10 perc. Ahhoz, hogy a kompozitok alkalmazása jobban elterjedhessen a személyautó-gyártásban, az kell, hogy csökkentsük a költségeket és gyorsítsuk az eljárásokat.

Fontos leszögezni, hogy nem egyszerű dekor elemekről, hanem teherviselő kompozit alkatrészekről beszélünk, amelyeknek biztosítania kell a karosszéria megfelelő mechanikai, merevségi tulajdonságait és jó törési, energiaelnyelő képességekkel kell rendelkezniük. Több, közúti forgalomban is résztvevő szupersportkocsi jelentős része már amúgy is kompozit, de a programunk azt célozza meg, hogy gyorsan és hatékonyan tudjunk ilyen kompozit alkatrészeket gyártani, ezzel megteremtve a szélesebb körű elterjedését. 

Van még egy fontos követelmény az autóipar számára: ezeknek az alkatrészeknek újrahasznosíthatónak kell lenniük. Jelenleg az autóiparban használt teherviselő kompozit anyagok többsége hőre keményedő polimerekből épül fel, amelyeket viszont nem lehet pl. újra felolvasztani, granulálni, majd fröccsönteni, mint egy PET-palackot, ezek újrahasznosítása meglehetősen költséges, vagy korlátozott. A hőre keményedő kompozitokat életciklusuk végén gyakran csak elégetik, vagy ledarálva pl. aszfaltba keverik, esetleg valamilyen töltőanyagként használják fel. A program fontos pontja, hogy nagy hangsúlyt fektetünk az általunk fejlesztett termék újrahasznosíthatóságára.

Milyen főbb elemei vannak a programnak, és milyen konkrét eredményeket várnak tőle?

Az volt a cél a fejlesztési program során, hogy olyan automatizált technológiát hozzunk létre, ami gyors gyártást tesz lehetővé, amely integrálható egy személyautó-gyártó sorba, és reciklálható, komplex polimer kompozit terméket hoz létre.

Programunk három fő lábon áll, egyrészt szükség van anyagtechnológiai fejlesztésre, hogy elérjük a lehető legjobb mechanikai tulajdonságokat és a legrövidebb gyártási ciklusidőt. Másrészt ki kell fejlesztenünk az automatizált gyártástechnológiát, hiszen mind a hatékonyság érdekében, mind pedig a magas szintű minőségmenedzsment miatt fontos az automatizáltság az autóiparban. Mivel a kompozitok nagyon másképp viselkednek, mint a fémek, sokkal komplexebb feladat egy kompozit alkatrész mechanikai, dinamikai számítása, méretezése, emiatt a program harmadik fő feladata, hogy olyan számítási metódust dolgozunk ki, amely segítségével egy nagyon összetett kompozit alkatrészt is tudunk mechanikailag értelmezni.
 

Amikor az autóipari mérnökök egy fém alkatrészt szeretnének kiváltani kompozittal, hogy csökkentsék a jármű tömegét, akkor az soha nem egyszerű anyagváltást jelent. Egy kompozit alkatrész jellemzően nem fog pont úgy kinézni, mint egy fém. Az adott követelményeknek, terheléseknek megfelelően teljesen új terméket kell tervezni, ehhez szükséges a technológiai jellemzők mellett a megfelelő mechanikai, számítási módszerek ismerete is.

Alapvetően iparközeli kutatás-fejlesztést végzünk, amelynek az eredményeire már közvetlenül tudunk autóipari együttműködéseket építeni. A projekt során megalkottunk egy "pilot" gyártósort, amellyel tudjuk igazolni az anyagtudományi és technológiai eredmények autóipari hasznosíthatóságát, vagyis hogy az eljárás kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkező kompozitokat, megfelelő költségszinten képes előállítani. A következő lépésként az autóipari partnerekkel kezdünk el dolgozni egy-egy konkrét alkatrész fejlesztésén.

Mit tapasztal, az autóipari cégek részéről van erre nyitottság? És mennyire előny az, hogy Magyarországon több nagy autógyár is működik - illetve, hogy ez a szám a debreceni BMW-gyárral tovább bővül?

Az evopro csoport például a Mercedes, az Audi, és a Suzuki, valamint azok beszállítói számára is fejlesztett már gyártósorokat, és vannak fejlesztési programok más ipari területeken is, igaz, ezek még nem ennek a technológiának a bevezetését célozták. Viszont megvan az a hálózat, amelyen keresztül következő lépésként már be tudjuk mutatni, hogy képesek vagyunk nem csak pl. fémipari szerelő, hegesztő, vagy ellenőrző sorok szállítására, hanem a kompozitok gyártásának automatizálására is. Ez azért fontos, mert jelenleg még világszerte is nagyon kevés olyan cég van, amely képes a kompozitgyártást automatizálni. 
Habár ez egy új terület, a kompozitokat lépésről lépésre vezetik be az autóiparba, egyértelműen nagy az érdeklődés az gyártók részéről.
 

A BMW Magyarországra jövetelével újabb kapu nyílhat meg, hiszen a cég úttörő szerepet tölt be a polimer kompozitok személyautó-gyártásban való alkalmazásában.

Mennyire számít egyedülállónak ez a technológia, és mikor jön el az ideje annak, hogy széles körben alkalmazzák majd az autógyártók?

Olyan fejlesztésen dolgozunk, amilynek az alapjait ugyan lefektették már, igazolták a működőképességét, de a tudomány és technológia jelenlegi állásához képest több olyan újítást és módosítást dolgozunk ki, amelyek az eljárást még jobbá, az autóipar számára még inkább felhasználhatóvá teszik.

A mi eljárásunknál a technológia azon alapszik, hogy egyrészt a hőre keményedő, gyanta mátrixú kompozitok helyett mi hőre lágyuló kompozitanyagokat fejlesztünk és gyártunk, olyan mátrix anyagra alapozva, mint a Poliamid 6-os, ami az autóiparban már széles körben használt, elterjedt műanyag. Ez biztosítja az alkatrészek újrahasznosíthatóságát. A Poliamid alapú kompozitokat egy különleges, úgynevezett in-situ polimerizációs, injektálásos eljárással hozzuk létre, amely lehetővé teszi, hogy komplex geometriával rendelkező és nagyon jó mechanikai tulajdonságú termékeket állíthassunk elő. Tulajdonképpen már ismert és alkalmazott eljárások kombinációjából születik meg egy olyan technológia, amely az egyes eljárások legfontosabb előnyeit ötvözi. Ez teszi lehetővé azt is, hogy olyan különleges tulajdonságokkal ruházzuk fel a kompozit terméket, hogy az akár több fém alkatrész funkciójának kiváltására is alkalmas legyen. Ez és a költséghatékony gyártás biztosítja a kompozitok széles körű autóipari alkalmazását.

A program keretében elvégezzük az anyagtudományi, technológiai és mechanikai, számítási fejlesztéseinket és felépült egy olyan, az Ipar 4.0 elveinek megfelelően kialakított gyártósor Magyarországon, ahol ezt a technológiát már demonstrálni tudjuk az autóipar számára. Ezzel párhuzamosan elkezdtük az együttműködést olyan német nagyvállalkozásokkal és intézetekkel, amelyek műanyagipari feldolgozógép-gyártóként, fejlesztőként már ott vannak az autóiparban, így közösen dolgozhatunk a technológia bevezetésén.

Reményeink szerint a következő generációs Audikban, BMW-kben és Mercedesekben már találkozhatunk az általunk fejlesztett és gyártott kompozit alkatrészekkel. 

Címlapfotó: Pexels