HUN-REN-BME Kutatócsoport





MTA-BME Lendület Könnyűszerkezetes Polimer Kompozitok Kutatócsoport

Pályázati azonosító:
MTA Lendület
Támogató:
Magyar Tudományos Akadémia
Futamidő:
2020. szeptember 1. - 2025. augusztus 31.
Témavezető (BME):
Dr. Kovács József Gábor

Résztvevő kutatók (BME):
Dr. Ageyeva Tatyana
Dr. Suplicz András
Dr. Török Dániel
Boros Róbert
Dr. Szebényi Gábor
Héri-Szuchács Anna
Dr. Bárány Tamás
Dr. Kovács Norbert Krisztián
Dr. Zink Béla
Tóth Csenge
Hajagos Szabolcs
Krizsma Szabolcs Gábor
Párizs Richárd Dominik

SAJTÓKÖZLEMÉNY (PROJEKTKEZDÉS)

Pályázat összefoglalója

A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépészmérnöki Kar Polimertechnika Tanszéken új MTA–BME Lendület Könnyűszerkezetes Polimer Kompozitok Kutatócsoport alakult. A kutatók egy speciális hibrid technológia, a termoplasztikus gyantainfúzió (Thermoplastic-Resin Transfer Molding, T-RTM) továbbfejlesztését tűzték ki célul. A T-RTM eljárás a polimerek in-situ, szerszámban történő polimerizációján alapszik, egyesítve a hagyományos kompozitok és a fröccsöntés előnyeit. Ezért a kutatás fő céljai az in-situ polimerizáción alapuló technológia polimerizációs és kristályosodási kinetikájának feltárásán keresztül szimulációs módszerek fejlesztése, speciális, 3D nyomtatáson alapuló előforma készítési technológiák fejlesztése az irányított teherviselő képesség elérésére, ráfröccsöntési és rányomtatási technológiák fejlesztése a termékek összetettebb geometriájának megvalósítására, valamint az így előállított hibrid anyagok újrahasznosításának kidolgozása.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2020. szeptember 1. - 2021. augusztus 31.
Az első évben a kutatócsoport az irodalom feltárását, az in-situ polimerizációs technológia bevezetését végezte. Mivel ez egy merőben új, az iparban még nem alkalmazott technológia, így sok gyakorlati feladat is volt a technológia elindításával kapcsolatban, amiket sikerült sikeresen megoldani. Az első év feladatai közé tartozott, hogy a fröccsöntési és T-RTM technológiákhoz megfelelő szerszámokat tervezzünk és gyárttassunk, amelyek szükségesek lesznek a vizsgálatokhoz. A legnagyobb kihívást a T-RTM szerszám megtervezése jelentette, mert ehhez hasonlót még nagyon keveset készítettek a világon, így nem sok tervezési tapasztalat gyűlt össze. A ráfröccsöntési és rányomtatási feladatokhoz összegyűjtöttük azokat a technológiákat, anyagokat, vizsgálati módszereket, amelyekkel a kutatásokat fogjuk végezni (ábra). Kialakítottunk a megfelelő próbatesteket, azok előállító szerszámát (előforma és ráfröccsöntő szerszámok), valamint megválasztottuk a kiindulási alapanyagokat. Első körben előkísérleteket végeztünk annak feltárására, hogy a kutatási feladatokhoz választott alapanyagok (PS, ABS, PC, PA, insitu-PA, PLA) milyen mértékben hegednek majd egymáshoz. Ellenőrző méréseket hajtottunk végre, hogy az általunk fejlesztett próbatestek (előgyártmányok és ráfröccsöntéssel készített minták) és az ehhez tervezett vizsgáló szerkezet (egyedi befogó a szakítógépre) a velük szemben támasztott elvárásoknak megfelelnek-e. Kutatásaink eredményei alapján az egyik legnagyobb fröccsöntési szimulációs programfejlesztő céggel, a Moldex3D-vel sikerült stratégiai megállapodást kötni. A cég az elméletünk alapján, a segítségünkkel a programban létrehoz egy kísérleti modult, ami a számításainkat közvetlenül a programban egy lépésben teszi majd lehetővé. Eddigi számításainkat a szimulációs programból kinyert adatok alapján Matlab környezetben számoltuk. Sikeres tesztek alapján a Moldex3D szimulációs program következő változataiban a szilárdság számítási modul fokozatosan elérhetővé válik majd
A ráfröccsöntési és rányomtatási gyártást, vizsgálatot befolyásoló tényezők, paraméterek

2. munkaszakasz
2021. szeptember 1. - 2022. augusztus 31.
A második évben a kutatócsoport további tagokkal bővült és már a technológia és az alapanyagok fejlesztésére összpontosított. Egyedüli nehézséget a 3D nyomtató beszerzése jelentett, mivel a piacon nem lehetett olyan berendezést kapni, ami megfelelt volna az igényeknek. Ennek feloldására – a rendelkezésre álló keretből és külső támogatásból – saját végtelen szálas kompozit nyomtató fejlesztését és gyártását végeztük el. A kutatócsoport sikeresen pályázott és így része lett az RRF-2.3.1-21-2022-00009 – Megújuló Energiák Nemzeti Laboratóriumnak (a BME részéről 2 tanszék és a kutatócsoport a tagja a pályázatnak). A pályázatban a Lendület kutatócsoport az elméleti fejlesztéseknek gyakorlati alkalmazását viszi véghez, amelyben a T-RTM, a fröccsöntés és a végtelen szálas kompozit 3D nyomtatás kombinációjával könnyűszerkezetes, csak polimer kompozit fő elemeket tartalmazó hidrogéncellát alkot meg a következő 3 évben. A beszámolási időszakban két doktorandusz is befejezte doktori munkáját a kutatócsoport témájából és leadta értekezését.

3. munkaszakasz
2022. szeptember 1. - 2023. augusztus 31.
Elértük célunkat olyan hibrid technológia kifejlesztésére, amely nagy teljesítményű, újrahasznosítható polimer kompozit szerkezetek előállítására alkalmas fröccsöntés, 3D nyomtatás és T-RTM technológiák előnyös tulajdonságainak kombinálásával. Ezek komplex elemzésekhez fröccsöntő és T-RTM szerszámokat fejlesztettünk, amiből doktori munka született. Megvalósítottuk a T RTM technológia továbbfejlesztését a polimerizáció (konverzió) javításával. A T-RTM termék felületének javítását bevonatolási eljárással oldottuk meg, amiből szintén doktori munka született. Ipari léptékű, végtelen szálakkal erősített 3D nyomtatót fejlesztettünk, amivel előgyártmányokat, inzerteket alakítottunk ki a fröccsöntési és T-RTM technológiákhoz. Pontosan működő szimulációs módszert fejlesztettünk a ráfröccsöntési technológia alkatrészei közötti kapcsolat erejének számítására. Csatlakoztunk a Megújuló Energiák Nemzeti Laboratóriumhoz energiacella könnyűszerkezetes polimer kompozit alkatrészeinek fejlesztésére.

4. munkaszakasz
2023. szeptember 1. - 2024. augusztus 31.

5. munkaszakasz
2024. szeptember 1. - 2025. augusztus 31.



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Tóth Cs., Vas L. M., Kovács N. K.: Achieving gradual failure under bending by the layering design of 3D printed continuous fiber reinforced composites. Results in Engineering, 22, 102075/1-102075/8 (2024) https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102075 IF=5 Q1
  2. Gökler D. J., Karácsony A. F., Faragó D., Szebényi G., Kiss R. M., Pap K.: The effect of sterilization and storage on the viscoelastic properties of human tendon allografts - Continued: Storage for 0 to 4 months. Journal of Biomechanics, 162, 111904/1-111904/ (2024) 10.1016/j.jbiomech.2023.111904 IF=2.4 Q3
  3. Horváth Sz., Kovács J. G.: Effect of Processing Parameters and Wall Thickness on the Strength of Injection Molded Products. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering, 68, 78-84 (2024) 10.3311/PPme.24068 IF=1.3
  4. Kohári A., Bárány T.: The growth and recyclability of thermoplastic polyurethanes. Express Polymer Letters, 18, 459–460 (2024) 10.3144/expresspolymlett.2024.33 IF=3.3 Q2
  5. Görbe Á., Zelenainé Kohári A., Bárány T.: Rubber compounds from devulcanized ground tire rubber: Recipe formulation and characterization. Polymers, 16, 00455/1-00455/19 (2024) 10.3390/polym16040455 IF=5 Q1
  6. Semperger O. V., Suplicz A.: The degradation during recycling of polyamide 6 produced by anionic ring‑opening polymerization of ε‑caprolactam. Scientific Reports, 13, 17130/1-17130/11 (2023) doi.org/10.1038/s41598-023-44314-0 IF=4.6 Q2
  7. Krizsma Sz., Suplicz A.: Prototípus fröccsöntő szerszámok üzem közbeni állapotfelügyelete és termékminőség vizsgálata. in 'XXXI. Nemzetközi Gépészeti Konferencia Temesvár, Románia. 2023.04.17-2023.04.30.,323-328 (2023)
  8. Nemes-Károly I., Szebényi G.: Reliable methods for classification, characterization, and design of cellular structures for patient-specific implants. Materials, 16, 4146/1-4146/ (2023) 10.3390/ma16114146 IF=3.4 Q2
  9. Krizsma Sz. G., Suplicz A.: Monitoring and modelling the deformation of an aluminium prototype mould insert under different injection moulding and clamping conditions. Results in Engineering, 20, 101556/1-101556/13 (2023) 10.1016/j.rineng.2023.101556 IF=5 Q1
  10. Kohári A., Bárány T.: Termoplasztikus poliuretán alapú elasztomer fejlesztése újrahasznosított gumiőrlet társításával. Műanyag- és Gumiipari Évkönyv, 21, 94-98 (2023)
  11. Kiss B., Párizs R. D., Tóth Cs., Török D., Kovács N. K.: Anyagextrúzió alapú additív gyártástechnológiával készült termékek anizotróp viselkedésének elemzése. Polimerek, 5, 155-160 (2023)
  12. Hliva V., Szebényi G.: Non-Destructive Evaluation and Damage Determination of Fiber-Reinforced Composites by Digital Image Correlation. Journal of Nondestructive Evaluation, 42, 43/1-43/15 (2023) 10.1007/s10921-023-00957-7
  13. Kara Y., Kovács N. K., Nagy-György P., Boros R., Molnár K.: A novel method and printhead for 3D printing combined nano-/microfiber solid structures. Additive Manufacturing, 61, 103315/1-103315/ (2023) 10.1016/j.addma.2022.103315 IF=11 D1
  14. Varga L. J., Bárány T.: Development challenge for synthetic polymer fibers and tapes: improving toughness.
  15. Szuchács A., Ageyeva T., Kovács J. G.: Modeling and measuring the bonding strength of overmolded polymer parts. Polymer Testing, 125, 15 (2023) 10.1016/j.polymertesting.2023.108133 IF=5.1 D1
  16. Kovács J. G.: The future of polymer science is Artificial Intelligence: Opportunities and challenges.
  17. Párizs R. D., Török D., Ageyeva T., Kovács J. G.: Multiple In-Mold Sensors for Quality and Process Control in Injection Molding. Sensors, 23, 1735/1-1735/18 (2023) 10.3390/s23031735 IF=3.9 Q2
  18. Görbe Á., Varga L. J., Bárány T.: Development of nanoparticle-filled polypropylene-based single polymer composite foams. Heliyon, 9, e19638/1-e19638/15 (2023) 10.1016/j.heliyon.2023.e19638 IF=4 Q2
  19. Nemes-Károly I., Szebényi G.: Improving Optical Damage Analysis of Knee Implants from an Engineering Perspective. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering, 67, 151-160 (2023) 10.3311/PPme.21734 IF=1.3
  20. Krizsma Sz., Suplicz A.: Analysis of the applicability and state monitoring of material extrusion–printed acrylonitrile butadiene styrene injection mould inserts with different infill levels. Materials Today Communications, 35, 106294/1-106294/ (2023) 10.1016/j.mtcomm.2023.106294 IF=3.8 Q2
  21. Varga L. J., Görbe Á., Bárány T.: Polypropylene blends for highly drawn tapes with improved toughness. ACS Omega, 8, 22827-22835 (2023) 10.1021/acsomega.3c01772
  22. Török D., Zink B., Ageyeva T., Hatos I., Zobač M., Fekete I., Boros R., Hargitai H., Kovács J. G.: Laser powder bed fusion and casting for an advanced hybrid prototype mold. Journal of Manufacturing Processes, 81, 748-758 (2022) 10.1016/j.jmapro.2022.07.034 IF=6.2 Q2
  23. Szebényi G.: High-performance composites and medical applications of polymers - the sunny sides of the polymer industry. Express Polymer Letters, 16, 1113-1113 (2022) 10.3144/expresspolymlett.2022.81 IF=3.3 Q2
  24. Párizs R. D., Török D., Ageyeva T., Kovács J. G.: Machine Learning in Injection Molding: An Industry 4.0 Method of Quality Prediction. Sensors, 22, 2704/1-2704/16 (2022) 10.3390/s22072704 IF=3.9 Q2
  25. Tóth Cs., Kovács N. K.: Comparison of the accuracy of analytical models for basalt fiber–reinforced poly(lactic acid) composites prepared by injection molding and fused filament fabrication. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 121, 3999–4010 (2022) 10.1007/s00170-022-09572-8 IF=3.4 Q2
  26. Krizsma Sz. G., Suplicz A.: Comprehensive in-mould state monitoring of Material Jetting additively manufactured and machined aluminium injection moulds. Journal of Manufacturing Processes, 84, 1298-1309 (2022) 10.1016/j.jmapro.2022.10.070 IF=6.2 Q2
  27. Szuchács A., Kovács J. G.: Termoplasztikus polimerek molekulahosszának hatása a kialakuló kötésszilárdság számítási módszerére. Polimerek, 8, 58-64 (2022)
  28. Tóth Cs., Kovács N. K.: Development of a Novel Hybrid Manufacturing Technology For Continuous Fiber-Reinforced Thermo-Plastic Composites. Acta Materialia Transylvanica, 5, 39-44 (2022) 10.33924/amt-2022-01-09
  29. Krizsma Sz. G., Suplicz A.: State-monitoring and product quality measurement of additively manufactured injection mould inserts. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1246, 012020/1-012020/8 (2022) 10.1088/1757-899X/1246/1/012020
  30. Tábi T., Ageyeva T., Kovács J. G.: The influence of nucleating agents, plasticizers, and molding conditions on the properties of injection molded PLA products. Materials Today Communications, 32, 103936/1-103936/8 (2022) 10.1016/j.mtcomm.2022.103936 IF=3.8 Q2
  31. Semperger O. V., Suplicz A.: The effect of the titanium dioxide nanoparticles on the morphology and degradation of polyamide 6 prepared by anionic ring-opening polymerization. Polymer Engineering and Science, 62, 2079-2088 (2022) 10.1002/pen.25990 IF=3.2 Q2
  32. Boros R., Ageyeva T., Golcs Á., Krafcsik O. H., Kovács J. G.: Plasma treatment to improve the adhesion between ABS and PA6 in hybrid structures produced by injection overmolding. Polymer Testing, 106, 107446/1-107446/ (2022) 10.1016/j.polymertesting.2021.107446 IF=5.1 D1
  33. Ageyeva T., Kovács J. G., Tábi T.: Comparison of the efficiency of the most effective heterogeneous nucleating agents for Poly(lactic acid). Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 147, 8199-8211 (2022) 10.1007/s10973-021-11145-y IF=4.4 Q1
  34. Török D., Ageyeva T., Boros R., Kovács Á., Kovács J. G.: Developing a method for evaluating color changeover in a hot-runner multi-cavity injection mold. Polymer Testing, 115, 107759/1-107759/9 (2022) 10.1016/j.polymertesting.2022.107759 IF=5.1 D1
  35. Semperger O. V., Török D., Suplicz A.: Development and Analysis of an In-Mold Coating Procedure for Thermoplastic Resin Transfer Molding to Produce PA6 Composites with a Multifunctional Surface. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering, 66, 350-360 (2022) 10.3311/PPme.21048 IF=1.3
  36. Zink B., Kovács J. G.: Pressure‐dependent heat transfer coefficient measurement for thermoplastic melts. Polymer Engineering and Science, 62, 1137-1146 (2022) 10.1002/pen.25912 IF=3.2 Q2
  37. Rajamani P. K., Ageyeva T., Kovács J. G.: Personalized Mass Production by Hybridization of Additive Manufacturing and Injection Molding. Polymers, 13, 1-19 (2021) 10.3390/polym13020309 IF=4.967 Q1
  38. Semperger O. V., Pomlényi P., Suplicz A.: Felület-bevonatolási eljárás T-RTM technológiához. Polimerek, 7, 186-192 (2021)
  39. Krizsma Sz. G., Kovács N. K., Kovács J. G., Suplicz A.: In-situ monitoring of deformation in rapid prototyped injection molds. Additive Manufacturing, 42, 102001/1-102001/8 (2021) 10.1016/j.addma.2021.102001 IF=11.632 D1
  40. Szuchács A., Ageyeva T., Boros R., Kovács J. G.: Bonding strength calculation in multicomponent plastic processing technologies. Materials And Manufacturing Processes, 36, 1-9 (2021) 10.1080/10426914.2021.1948052 IF=4.783 Q2
  41. Szabó F., Suplicz A., Kovács J. G.: Development of injection molding simulation algorithms that take into account segregation. Powder Technology, 389, 368-375 (2021) 10.1016/j.powtec.2021.05.053 IF=5.64 Q1
  42. He H., Guo J., Illés B., Géczy A., Istók B., Hliva V., Török D., Kovács J. G., Harmati I., Molnár K.: Monitoring multi-respiratory indices via a smart nanofibrous mask filter based on a triboelectric nanogenerator. Nano Energy, 89, 106418/1-106418/ (2021) 10.1016/j.nanoen.2021.106418 IF=19.069 D1
  43. Krizsma Sz. G., Suplicz A.: Additív gyártástechnológiával előállított fröccsöntő szerszámbetétek üzem közbeni deformációinak vizsgálata. Polimerek, 7, 155-160 (2021)
  44. Tábi T., Ageyeva T., Kovács J. G.: Improving the ductility and heat deflection temperature of injection molded Poly(lactic acid) products: A comprehensive review. Polymer Testing, 101, 107282/1-107282/36 (2021) 10.1016/j.polymertesting.2021.107282 IF=4.931 D1

© 2014 BME Polimertechnika Tanszék - Készítette: Dr. Romhány Gábor