Zarząd Polskiego Towarzystwa Materiałoznawczego w dniu 16 grudnia 2021 roku przyznał dr inż. Mateuszowi Kopciowi z IPPT PAN nagrodę za najlepszą pracę doktorską z zakresu inżynierii materiałowej za rok 2020. Tytuł pracy: „Hot stamping of titanium alloys". Promotorzy rozprawy: dr Liliang Wang, prof. Jianguo Lin oraz prof. Zbigniew L. Kowalewski.
Tematyka rozwijanych przez dra Kopcia badań skoncentrowana jest na zawansowanych technologiach formowania metali lekkich w celu zwiększenia efektywności ich zastosowań i osiągania wymiernych korzyści dla przemysłu lotniczego i kosmicznego. Przedmiotem szczególnego zainteresowania jest formowanie części ze stopów tytanu o wysokiej wytrzymałości na potrzeby lotnictwa. Ta tematyka jest wysoce problematyczna z technologicznego punktu widzenia, gdyż dotychczasowo formowanie części tytanowych odbywało się wyłącznie w temperaturach powyżej 1000oC. Fakt ten znacząco utrudniał komercjalizację metod formowania tytanu oraz ich aplikację na skalę przemysłową. Przeprowadzone badania były pilotażowe w skali światowej i znacząco przyczyniły się do rozwoju zaawansowanych technologii formowania tytanu jak i wprowadziły nowe spojrzenie na konieczność prowadzenia badań materiałowych w celu zrozumienia zmian zachodzących w materiałach podczas wysokotemperaturowego kształtowania. Należy podkreślić, iż zapotrzebowanie na materiały o niskiej gęstości i masie oraz wysokiej wytrzymałości w sektorze lotnictwa zwiększyło się dzięki ambitnym celom klimatycznym, do osiągnięcia których może przyczynić się m.in. redukcja konsumpcji paliwa pojazdów lotniczych oraz obniżenie produkcji CO2. W sektorze lotniczym i kosmicznym elementy konstrukcyjne o niskiej wytrzymałości są zwykle produkowane ze stopów aluminium, a elementy konstrukcyjne o wysokiej wytrzymałości ze stopów tytanu. Ambicją dr Kopcia było wdrożenie nowej technologii będącą alternatywą dla konwencjonalnych technik kształtowania komponentów tytanowych, które wymagają jednoczesnego podgrzewania do wysokiej temperatury narzędzi do formowania i blach w trakcie procesu odkształcania materiału, a także wymagają niskich prędkości formowania, czyniąc cały proces energo- i czasochłonnym oraz wysoce kosztownym. Wdrożona przez kandydata technologia "FAST (Fast light Alloys Stamping Technology)" pozwala na kształtowanie komponentów tytanowych w bardzo krótkim czasie oraz znacząco zmniejsza zużycie narzędzi powszechnie spotykane w konwencjonalnych procesach formowania na gorąco. Dzięki wysokiej efektywności staje się konkurencyjnym rozwiązaniem o wysokim stopniu innowacyjności do komercyjnie stosowanych technik. Powszechnie wiadomo, że redukcja czasu formowania o 1 sekundę jest w stanie zredukować koszty wytwarzania danego komponentu w jednej linii produkcyjnej o 1 milion dolarów w skali roku. Według przeprowadzonej analizy rynkowej oraz wyników opublikowanych prac badawczych, implementacja technologii "FAST" pozwala zwiększyć efektywność procesu formowania o ponad 80% redukując czas formowania z ~6 min do ~1 min. Wynikiem przeprowadzonych badań było uformowanie zaprojektowanego przez firmę Airbus pełnowymiarowego elementu usztywniającego skrzydło samolotu (Zdjęcie 1). Element ten jest pierwszym na świecie pełnowymiarowym, uformowanym usztywniaczem skrzydła, którego wykonanie nie było możliwe z wykorzystaniem komercyjnie dostępnych technik.
Pierwszy na świecie pełnowymiarowy, uformowany usztywniacz skrzydła do samolotu
Badania te prowadzone były w ścisłej współpracy z partnerem przemysłowym Aviation Corporation of China (AVIC), który przyznał stypendium dr Kopciowi na okres studiów doktorskich w Imperial College London, pomyślnie zakończonych obroną pracy doktorskiej. Obecnie kontynuowane są badania w celu dalszego zwiększenia efektywności procesu, w których kandydat do stypendium czynnie uczestniczy pełniąc funkcję naukowca wizytującego w Metal Forming and Material Modelling Group of Imperial College London.
Wspólne zdjęcie z Metal Forming Group prowadzoną przez Dr Li-Lianga Wanga
M. Kopec, Hot stamping of titanium alloys, Imperial College London, 2020 https://doi.org/10.25560/86389
