Shema projekta: razvoj nove zlitine, napredno valjanje ter atomizacija prahu in LPBF, sledita prenos in preverjanje na industrijski ravni.

Zakaj je projekt pomemben?

Aluminijeve zlitine z visoko vsebnostjo magnezija imajo velik potencial za avtomobilsko, letalsko in vesoljsko industrijo, embalažo ter sisteme za shranjevanje energije. Višja vsebnost Mg omogoča manjšo gostoto in dobro kombinacijo trdnosti ter korozijske obstojnosti, vendar hkrati povzroča tehnološke težave: magnezij med taljenjem in predelavo oksidira in se izgublja, zlitine postajajo težje preoblikovalne, pri valjanju se poveča nevarnost razpok, pri aditivni proizvodnji pa lahko nastajajo poroznost, vroče razpoke in neželena usmerjena mikrostruktura.

Projekt zato išče rešitev na ravni materiala in procesa hkrati. Zasnova nove kemijske sestave bo povezana z računalniškim modeliranjem, naprednimi postopki valjanja, hitro strjevalno atomizacijo prahu in LPBF-tiskanjem. S tem želimo zmanjšati klasično metodo poskusov in napak ter hitreje priti do materiala, ki bo uporaben tudi na industrijski ravni.

Kaj bomo razvili?

Od laboratorija do industrijske uporabe

Razvoj se ne bo zaključil pri laboratorijskih vzorcih. Najobetavnejša kombinacija kemijske sestave in tehnologije – valjanje in/ali LPBF – bo prenesena na industrijsko raven pri partnerju IMPOL 2000. Med možnimi aplikacijami so ultra-tanke folije za baterijske in druge sisteme shranjevanja energije, lahki izdelki za električna vozila ter komponente za letalsko in vesoljsko industrijo. LPBF omogoča tudi izdelavo kompleksnih lahkih geometrij z dobrim razmerjem med mehanskimi lastnostmi in maso.

Kako bomo preverili uspešnost?

Nove materiale bomo spremljali skozi celotno procesno verigo – od ulitkov in prahu do valjanih ter 3D-natisnjenih izdelkov. Uporabljene bodo napredne metode mikrostrukturne in kemijske karakterizacije (LM, SEM/EDS, EBSD, ECCI, (S)TEM, ICP-OES, XPS in XRD), mehanski preskusi ter korozijske in elektrokemijske raziskave. Tako bomo povezali kemijsko sestavo in procesne parametre z mikrostrukturo ter končnimi funkcionalnimi lastnostmi materiala.

Vodja projekta: dr. Irena Paulin, IMT   |   Industrijski partner: IMPOL 2000

Advanced Additive Manufacturing for Custom Electric Motor Components with Reduced Energy Losses

Slika 1. Shematski prikaz elektromotorja in njegovih ključnih sestavnih delov.

Izziv in raziskovalna ideja

Mehkomagnetna Fe-Si jekla z večjo vsebnostjo silicija imajo zelo ugodne magnetne lastnosti, vendar postanejo pri vsebnosti nad približno 3 mas. % Si zelo krhka in jih je težko izdelovati s klasičnim valjanjem. Projekt zato uvaja aditivno proizvodnjo kovin s postopkom PBF-LB/M kot način, s katerim je mogoče obiti omejitve konvencionalne predelave ter izdelati kompleksne, po meri zasnovane komponente neposredno iz mehkomagnetnih materialov.

Osrednji cilj projekta je razviti 3D-natisnjene dele elektromotorjev z zmanjšanimi magnetnimi izgubami. Raziskave bodo usmerjene v nadzor kemijske sestave, mikrostrukture in kristalografske teksture materiala ter v oblikovanje kanalne poroznosti, ki naj bi pri 3D-natisnjenih delih posnemala izolacijski učinek med posameznimi lamelami klasičnega električnega jekla in tako zmanjšala izgube zaradi vrtinčnih tokov.

Kaj bomo razvijali?

• Fe-3Si kot referenčni material: optimizacija parametrov PBF-LB/M, teksture in načrtovane kanalne poroznosti v primerjavi s konvencionalno izdelanim električnim jeklom.

• Fe-Si z visoko vsebnostjo silicija: izdelava in preskušanje zlitin z 6–12 mas. % Si, kar s klasičnimi postopki zaradi krhkosti materiala praktično ni izvedljivo.

• Fe-Si-B kovinska stekla: razvoj amorfnih oziroma delno amorfnih mehkomagnetnih materialov, pri katerih hitra solidifikacija med PBF-LB/M omogoča zelo ugodne magnetne lastnosti.

• Nadzor teksture in procesa: povezovanje procesnih parametrov, temperature taline, toplotne obdelave in kristalografske orientacije za doseganje čim nižjih magnetnih izgub.

• Demonstrator rotorja: izbor najobetavnejšega materiala in procesnih parametrov ter izdelava 3D-natisnjenega jedra rotorja za testiranje v realnem elektromotorju.

Slika 2. Koncept projekta: primerjava klasičnega električnega jekla z več PBF-LB/M pristopi, karakterizacija in magnetno testiranje ter izdelava in preskus rotorja elektromotorja.

Od materiala do delujočega elektromotorja

Projekt povezuje razvoj materialov, atomizacijo kovinskih prahov, 3D-tiskanje, toplotno obdelavo, napredno mikroskopsko karakterizacijo, mehanske preskuse ter meritve magnetnih lastnosti. Poseben poudarek bo namenjen razumevanju povezave med procesnimi parametri PBF-LB/M, nastalo mikrostrukturo in kristalografsko teksturo ter elektromagnetnimi lastnostmi materiala. Najobetavnejša rešitev bo uporabljena za izdelavo rotorja, ki bo nato preizkušen v elektromotorju v industrijsko relevantnih pogojih.

Pričakovani učinek

Projekt lahko odpre novo pot do učinkovitejših, lažjih in geometrijsko prilagojenih električnih strojev. Aditivna proizvodnja omogoča skoraj net-shape izdelavo z bistveno manj materialnega odpada ter svobodo oblikovanja, ki je pri klasično laminiranih jedrih ni mogoče doseči. Cilj je pokazati, da je mogoče z ustreznim načrtovanjem materiala, teksture in notranje geometrije zmanjšati magnetne izgube ter hkrati ohraniti mehansko in funkcionalno primernost komponent za realne aplikacije.

Sodelujoče organizacije: Inštitut za kovinske materiale in tehnologije (IMT), Kemijski inštitut (KI), Institut »Jožef Stefan« (IJS) in SIJ ACRONI d.o.o.; končno testiranje rotorja je predvideno v sodelovanju z industrijskim izvajalcem za elektromotorje.

Slika 1. Shematski prikaz rekonstrukcije kosti

Naše raziskave zlitin na osnovi Fe in Mn so razkrile, da so ti materiali sposobni združiti nekatere ključne lastnosti. To sta predvsem odlična trdnost, ki bi lahko zagotavljala ustrezno oporo zlomljenim kostem, in biorazgradljivost, kar je njihova izjemna lastnost, saj omogoča, da telo tak material počasi absorbira, ne da bi pri tem povzročal kakršno koli škodo, saj so ravni kovinskih ionov, ki vstopajo v krvni obtok, nizke in se zlahka tolerirajo. Vendar pa je pot od identifikacije obetavnega materiala do potrditve njegove funkcionalnosti v in vivo okolju dolga in ovinkasta. Prvi mejnik pri razvoju izdelave biološko razgradljive zlitine Fe-Mn-C je dodajalnimi tehnologijami e bil uspešen. Nedavne raziskave, vključno z našimi, so pokazale ugodne biološke odzive teh materialov. Kljub temu obstaja potreba po nadaljnji optimizaciji za dosego kontrolirane biološke razgradljivosti.

(a)

(b)

Slika 2.  Lastnosti (a) in pristopi (b) pri razvoju idealnih materialov za kostne nosilce.

Naš inovativen predlog vključuje legiranje Fe z Mg, ki predstavlja izziv z metalurškega vidika. Predpostavljamo, da se ta izziv lahko premaga z uporabo tehnik hitrega strjevanja, kot so selektivno lasersko taljenje/pulzno plazemsko sintranje. Na ta način je možen nastanek nano/mikro faz Mg znotraj Fe-Mn zlitine. Ta specifična struktura ponuja pomembne prednosti za integracijo kostnega tkiva, saj se Mg hitro razgradi, spodbuja zdravljenje kosti, medtem ko preostala porozna struktura Fe-Mn zagotavlja trajno podporo postopni razgradnji. Nasprotno pa zlitina z Zn ne povzroča težav glede topnosti Zn v Fe. Vendar pa, podobno kot Mg, predstavlja izziv v zvezi z nizkim parnim tlakom, zlasti v proizvodnih procesih, kot je selektivno lasersko taljenje, kjer se dosežejo izjemno visoke lokalne temperature. Da bi premagali to oviro, predlagamo inovativen pristop: nadtlak plina v komori med postopkom tiskanja. Po drugi strani moramo material Fe-Mn-C-Mg/Zn dodatno legirati z elementi, kot so Cu, Ag in, hidroksiapatit, da izboljšamo biološki odziv in zadostimo potrebam za podporo zlomljene kosti.

Slika 3.  Vpliv dodatka Mg v zlitino Fe–Mn na postopno razgradnjo materiala.

Premaze (nekateri temelječi na novih plazemskih tehnikah) je treba preučiti za boljšo integracijo podpore v telo in izboljšanje biokompatibilnosti. Končni korak v projektu bo arhitektura trojno periodične minimalne površine v obliki strukture tipa nosilca. To bo znatno povečalo površino in nam tako omogočilo še en način nadzora biološke razgradljivosti. Poroznost bo spodbujala tudi rast kosti in zagotavljala poti za kompleksno mrežo krvnih žil, ki se bodo začele zapirati okoli nosilca.

Slika 4.  Dva različna pristopa k razvoju zlitin Fe–Mn in kostnih nosilcev

Študije in vitro nam bodo dale znanje o biološki razgradljivosti (korozijski testi), biokompatibilnosti (testi citotoksičnosti) in antibakterijskem vedenju (testi rasti bakterij). Raziskati bomo morali širok spekter sestavov zlitin in podpornih struktur, z in brez premazov, da bomo resnično razumeli, kako se bo material obnašal v človeškem telesu.

Mikroskopija na identični lokaciji spremlja lokalne spremembe na materialih. Izbrane vrste take mikroskopije lahko denimo razkrijejo, kako se spreminjajo katalizatorji, ki temeljijo na kovinskih nanodelcih in pospešujejo kemijske reakcije v napravah za čisto proizvodnjo in rabo vodika. Kvantitativna analiza tako pridobljenih podatkov je večinoma omejena na le nekaj delcev, kar otežuje oblikovanje statistično zanesljivih zaključkov. Projekt zato razvija postopke za večanje obsega in avtomatizacijo elektronske mikroskopije na identični lokaciji za hitrejši razvoj naprednih elektrokatalizatorjev.

Katalizatorji s kovinskimi nanodelci izkazujejo različne tipe sprememb med svojim delovanjem, ki v splošnem slabšajo njihovo sposobnost za pospeševanje določene reakcije, denimo redukcije kisika v vodikovi gorivni celici. Med doslej znanimi mehanizmi razgradnje so npr. raztapljanje kovin, odlepitev nanodelca od podlage, aglomeracija delcev itd.

Glavni cilji projekta so povečati obseg analize z mikroskopijo na identični lokaciji na nekaj sto nanodelcev, vključiti komplementarne tehnike za povezovanje morfoloških, kemijskih in kristalografskih sprememb ter avtomatizirati obdelavo podatkov. Sodobne elektrokatalizatorje bomo v sklopu eksperimentalnega dela projekta izpostavili realističnim elektrokemijskim obremenitvam, z različnimi oblikami elektronske mikroskopije pa bomo zajeli bogate podatkovne zbirke. Razvili bomo namenske programe za označevanje, sledenje in vrednotenje sprememb na vzorcih za razlago razgradnje katalizatorjev.

Podatkovno podprt razvoj odpornih in učinkovitih materialov za vodikove tehnologije je sicer prenosljiv tudi širše, med cilji projekta pa so še uporabnikom prijaznejše rešitve za analizo slik ter spodbujanje sinergij med akademskim in industrijskim okoljem. Projekt tako združuje znanja s področij znanosti o materialih, elektrokemije in podatkovne znanosti ter bo okrepil razvoj naslednje generacije kovinskih materialov.

SIJ je s pomočjo Naravoslovnotehniške fakultete in Inštituta za kovinske materiale in tehnologije v samo treh mesecih razvili in izdelali jeklo, ki bo že kmalu poletelo v vesolje. Pri tem pa so presegli celo lastna pričakovanja. "Proizvodnja jekel za vesoljske tehnologije predstavlja sam vrh te poti," pojasnjuje direktor proizvodnje Branko Polanc.

Celotni prispevek na 24ur.com.

Na IMT se je 1. marca 2026 začelo izvajanje več novih raziskovalnih projektov

Na Inštitutu za kovinske materiale in tehnologije (IMT) smo 1. marca 2026 začeli izvajati več novih raziskovalnih projektov, financiranih s strani Javne agencije za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS). IMT pri projektih nastopa kot nosilna organizacija, kar potrjuje njegovo pomembno vlogo pri razvoju naprednih materialov in tehnologij.

Med novimi temeljnimi raziskovalnimi projekti sta projekt »Nova rešitev za oporo kosti z biorazgradljivimi Fe–Mn zlitinami in napredno zasnovo opornikov (ReBone)«, ki ga vodi dr. Črtomir Donik, ter projekt »Elektrokatalizatorji brez kovin za sintezo visoko vrednostnih zelenih kemikalij«, ki ga vodi dr. Milena Šetka. Oba projekta sta usmerjena v razvoj novih materialov in tehnologij z velikim potencialom za trajnostne kemijske procese ter napredne medicinske aplikacije.

Začeli smo tudi dva aplikativna raziskovalna projekta. Projekt »Nova generacija aluminijeve zlitine z visoko vsebnostjo magnezija v seriji EN AW 5XXX za izjemno lahke, trajnostne in visoko zmogljive aplikacije« vodi dr. Irena Paulin, projekt »Napredna aditivna proizvodnja za komponente elektromotorjev z zmanjšanimi energijskimi izgubami« pa dr. Matjaž Godec. Projekta sta usmerjena v razvoj novih materialnih rešitev za lahke konstrukcije ter učinkovitejše elektromotorje.

Poleg tega se je začel tudi raziskovalni projekt »Večanje obsega in avtomatizacija elektronske mikroskopije na identični lokaciji za hitrejši razvoj naprednih elektrokatalizatorjev«, ki ga vodi dr. Ana Rebeka Kamšek. Projekt bo prispeval k razvoju naprednih analitskih pristopov in pospešil razvoj novih elektrokatalitskih materialov.

Vsi projekti se bodo izvajali v obdobju 2026–2029 in bodo pomembno prispevali k razvoju novih materialov, naprednih proizvodnih tehnologij ter trajnostnih rešitev na področju energetike, mobilnosti, kemije in biomedicine.

Obdobje trajanja projekat: od 1. 03. 2025 do 29. 02. 2028

Partnerji projekta:

Jiří Kubásek, University of Chemistry and Technology, Prague, Czech Republic

Wojciech Święszkowski, Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland Matjaž Godec, Institute of Metals and Technology, Ljubljana, Slovenia

Koordinator projekta: Jiří Kubásek

Cilji projekta

Glavni cilj projekta je razvoj novega hibridno-kompozitnega materiala, ki združuje amorfne komponente Mg-Zn-Ca-(Ag-Sr) in kristalinično fazo cinka, za katerega so značilni izboljšana duktilnost (>15 %), visoka trdnost (>450 MPa), ustrezna hitrost korozije za aplikacije tkivnega inženirstva (0,1–0,5 mm/leto) ter odlična biokompatibilnost.

Glavni cilj projekta bo dosežen z naslednjimi podcilji:

1. Uspešno pripraviti serijo predhodnikov kovinskih stekel (prahov) na osnovi Mg60Zn34Ca6 z delno zamenjavo Zn z Ag in Ca s Sr pri različnih procesnih pogojih.
2. Preučiti mikrostrukturo in mehanske lastnosti predhodnikov kovinskih stekel za izbrane sestave in hitrosti ohlajanja.
3. Iz izbranih predhodnikov s postopkom SPS izdelati masivne amorfne ali delno rekristalizirane materiale.
4. Preučiti mikrostrukturo ter mehanske, korozijske in biološke lastnosti pripravljenih masivnih kovinskih stekel ali delno rekristaliziranih materialov glede na izbrano sestavo in procesne pogoje (SPS).
5. Iz predhodnikov in cinkovega prahu s postopki SPS, ekstruzije in LPBF izdelati hibridne materiale, ki vsebujejo steklasto komponento in kristalinično fazo cinka.
6. Preučiti mikrostrukturo ter mehanske, korozijske in biološke lastnosti pripravljenih masivnih kovinskih hibridov glede na izbrano sestavo in metodo obdelave.

Grafični povzetek projekta

Shema poteka projekta (barvna oznaka ustreza posameznemu partnerju)

Platforma Prenos znanja Slovenija (KTS – Knowledge Transfer Slovenia) podjetjem omogoča hiter dostop do raziskovalnih rešitev, inovacij in strokovnjakov iz 3 slovenskih univerz in 10 raziskovalnih inštitutov.

Nova nacionalna platforma Prenos znanja Slovenija / Knowledge Transfer Slovenia (KTS) povezuje pisarne za prenos znanja 3 slovenskih univerz in 10 raziskovalnih inštitutov ter prvič ponuja enotno vstopno točko za podjetja, ki iščejo rešitve, tehnologije ali partnerstva z akademskim okoljem. Zasnovana je kot digitalno stičišče, ki podjetjem omogoča dostop do:

• inovacij, ki nastajajo v slovenskih raziskovalnih organizacijah,
• raziskovalnih kompetenc za reševanje tehnoloških in razvojnih izzivov,
• odcepljenih podjetij, ki izhajajo iz akademske sfere,
• praktičnih orodij in nasvetov za sodelovanje,
• dobrih praks sodelovanja med raziskovalci in podjetji,
• aktualnih dogodkov in drugih priložnosti na področju sodelovanja z institucijami znanja.

S tem platforma skrajša pot od ideje do inovacije ter omogoča hitrejšo komercializacijo znanja in prenos raziskovalnih rezultatov v prakso.

Cilj platforme, ki jo sofinancirata Republika Slovenija, Ministrstvo za visoko šolstvo, znanost in inovacije ter Evropska unija iz Evropskega sklada za regionalni razvoj (ESRR) v okviru Javnega razpisa za podporo aktivnosti pisarn za prenos znanja, je učinkovitejše povezovanje raziskovalnih organizacij z gospodarstvom, pospeševanje razvoja novih tehnologij in krepitev inovacijskega potenciala Slovenije.

Obiščite spletno stran www.prenosznanja.si in si oglejte promocijski video, ki prikazuje delovanje vseh 13 pisarn za prenos znanja v praksi: https://prenosznanja.si/o-nas/nasa-vloga-in-misija/

»Lasersko teksturirane površine za izboljšano biokompatibilnost materialov (LTS4EB)«

Povzetek:

Projekt LTS4EB si prizadeva približati znanost širši javnosti ter jo narediti bolj privlačno in dostopno. Z uporabo koncepta občanske znanosti projekt spodbuja napredek raziskav in navdihuje ljudi vseh starosti – od študentov do strokovnjakov z različnih področij. Temelji na napredku na področju biomaterialov ter uporablja lasersko tehnologijo, razvito v okviru iniciative SurfBioApps (projekt ARIS), za modifikacijo kovinskih površin. Tehnika modifikacije površin z laserjem predstavlja izjemno prilagodljivo, ponovljivo in čisto tehnologijo za spreminjanje površin ter je edina tehnika, ki lahko v enem samem koraku zagotovi nadzorovano spreminjanje površine kovinskih materialov na več nivojih (spremembe topografije, kemije in omočljivosti).

Cilji projekta občanske znanosti LTS4EB:

• Vključiti javnost v raziskave lasersko teksturiranih površin in njihovih reakcij z okoljem.
• Ozaveščati o vplivu in pomenu inženiringa površin za izboljšanje biokompatibilnosti.
• Prispevati k znanstvenemu napredku z ustvarjanjem podatkov o interakcijah lasersko teksturiranih površin z biološkimi snovmi.

InShaPe omogoča hitrejšo, cenejšo in bolj trajnostno tehnologijo izdelave kovinskih komponent

IMT je partner projekta InShaPe, ki ga je financirala EU (št. 101058523). Konzorcij InShaPe je vključeval 11 partnerjev iz 8 različnih držav. Vrednost projekta je bila 6,8 M €.

Koordinator projekta: prof. Katrin Wudy, TUM

Vodja slovenskega dela projekta: izr. prof. dr. Matjaž Godec, IMT

Trajanje projekta: 01.07.2023 – 30.06.2025

https://inshape-horizoneurope.eu/

Še nekaj zaključnih sklepov: