HUN-REN-BME Kutatócsoport





Hajtómű-rendszerek nagy pontosságú és igényes alkalmazásokhoz integrált, fejlett polimer anyagokkal

Pályázati azonosító:
2020-1.2.3-EUREKA-2021-00010
Támogató:
Európai Bizottság
Futamidő:
2022. szeptember 1. - 2025. augusztus 31.
Témavezető (BME):
Dr. Kovács József Gábor
Dr. Suplicz András
Konzorciumi partnerek (BME):
Podkrižnik d.o.o. (Slovenia)
X-Plast Kft. (Magyar)

SAJTÓKÖZLEMÉNY (PROJEKTKEZDÉS)

SAJTÓKÖZLEMÉNY (PROJEKTZÁRÁS)

Pályázat összefoglalója

https://eureka.podkriznik.si/

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2022. szeptember 1. - 2023. augusztus 31.
Az 1-es mérföldkőben meghatározott szakirodalmi áttekintési feladatot a BME Polimertechnológia Tanszék és az X-Plast kollégái közösen elkészítették. A mérföldkő célkitűzéseinek eléréséhez nagyban hozzájárul, a számos nemzetközi szabadalommal rendelkező fejlesztő csapat szakmai tapasztalata, így a munka korai szakaszában a kiválasztott hajtóműtípus szabadalom kutatására összpontosításával lehetővé vált a témában relevánst tudomány mai állásának részletes feltérképezése. Ez elősegítette a vonatkozó nemzetközi szakirodalomi áttekintés pontos és hatékony kivitelezhetőségét. A piac jelenlegi állásának feltérképezése mellett kifejlesztésre kerültek különböző polimer kompozit anyagok, amelyeket fröccsöntésben és 3D nyomtatási eljárásokban fel tudunk használni hajtóműalkatrészek gyártásához. Készítettünk különböző összetételű, nagyteljesítményű szénszálat és bór-nitridet tartalmazó hibridkompozitokat is, amelyek az egyes adalékanyagok előnyös tulajdonságait jól ötvözik (nagy szilárdság, jó hővezetőképesség, kopásállóság stb.). A 3D nyomtatáshoz fejlesztett alapanyag esetében egy extruziós gyártási módszert is fejlesztettünk, hogy az erősítőszálak hosszát maximalizáljuk, ezzel javítva a kompozitok hatékonyságát. A munkaszakaszban előkészítettük a következő mérföldkő feladatait is, megvizsgálva a lehetséges kimeneteleket és akadályokat.

2. munkaszakasz
2023. szeptember 1. - 2024. augusztus 31.
A 2-es munkaszakaszban kiválasztásra kerültek azon alkatrészek, amelyek a metal-to-plastic, illetve a lightweight design elvek alkalmazása mentén a legjobban segítik az eredeti projekt célok megvalósítását. Ezen alkatrészek esetén megvizsgáltuk a lehetőségét a teljesen polimer, illetve a fém-polimer hibrid felépítés alkalmazásának is. A terméktervezési folyamat során számos, sokszor egymásnak ellentmondó követelménynek való megfelelés komoly kihívást jelent. A topológiai optimalizálás során feltártuk a legfőbb terhelési irányokat és meghatároztuk az előzetes borda struktúrát. A szimulációval támogatott fejlesztési folyamat során kiemelten fontos szerepet kaptak az eltérő anyagokból, 3D nyomtatással előállított prototípusok, illetve az ezeken elvégzett tesztpadi mérések. A mérésekkel párhuzamosan mind kinematikai-dinamikai, mind homogén izotróp szilárdságtani szimulációk segítségével optimalizáltuk a kiválasztott külső ház geometriáját és összevetettük azokat a tesztpadi eredményekkel. A mérési adatok kiértékelését újabb tervezési iterációk követtek, amely során mind a fröccsöntési, mind a központi fém magra vonatkozó forgácsolási gyártástechnológiai limitációk figyelembevételre kerültek. E lépésben úgynevezett kapcsolt végeselemes szimulációk kerültek futtatásra a Budapesti Műszaki és Gazdaságitudományi egyetem Polimertechnika Tanszéke által készített Moldflow szimulációs eredményekből származó szálorientáció figyelembevételével. E lépés során a kidolgozott geometriai variánsokat a szálorientáció függvényében irányonként eltérő tulajdonságú anizotróp anyagmodellel paramétereztük. E state-of-the-art módszer segítségével lehetőség nyílik a gyártott alkatrészek leképzésére egy virtuális fejlesztési környezetben (mintegy digitális iker) így vizsgálva az alkatrész viselkedését az előirányzott terheléseknek megfelelően. A geometria fejlesztése mellet megvizsgáltuk a különböző, speciális gyártástechnológiák alkalmazhatóságának lehetőségeit és limitációit. Itt olyan eljárá

3. munkaszakasz
2024. szeptember 1. - 2025. augusztus 31.
A 3. mérföldkő célja komplex, többkomponensű hibrid gyártmányok (fém–műanyag rendszerek, különböző polimerek és szálerősítések) ipari szintű újrahasznosítási módszertanának kidolgozása volt. A munkafolyamat a teljes értékláncot lefedte: a hulladékképződés csökkentésétől (szimulációval támogatott tervezés, optimalizált fröccsöntési technológiák) a gazdaságos mechanikai újrahasznosítási lépésekig, mint a válogatás, aprítás, mosás, szárítás, extrudálás és granulálás. Demonstrátor alkatrészen validáltuk a folyamatot: egy fém inzertes műanyag terméken, ahol 5% regranulátumot tartalmazó „ECO” alapanyagot hoztunk létre. A kutatás párhuzamosan feltárta az újrafeldolgozás anyagtudományi hatásait is. Négy különböző üvegszáltartalmú (15–60 m%) poliamid rendszeren vizsgáltuk a darálás és újra-fröccsöntés okozta száltöredezést, a maradó szálhosszakat és a mechanikai tulajdonságok változásait. A Weibull-alapú szálhossz-kiértékelés és az ANOVA elemzés kimutatta, hogy a nagyobb száltartalom és a több újrahasznosítási ciklus fokozott degradációt eredményez. Az alapanyag húzószilárdság 15–45 m% üvegszáltartalom között nőtt, 60 m%-nál viszont a töredezés miatt csökkent. Az újrafeldolgozás alacsony száltartalomnál mérsékelten befolyásolta a szilárdságot, míg magasabb tartományban jelentősebb csökkenéshez vezetett. A modulus közel lineárisan nőtt a száltartalommal, míg a szakadási nyúlás és a törési munka a rövidülő szálak miatt mátrixdomináns viselkedést mutatott. A környezeti értékelés igazolta, hogy a visszaforgatott anyagarány növelése minden esetben csökkenti a CO₂-terhelést, és a teljesítmény–környezeti egyensúly szempontjából a 30–45% száltartomány bizonyult optimálisnak.



Pályázat támogatásával megjelent közlemények


  1. Zink B., Szuchács A., Hajagos Sz., Kovács J. G.: Modeling the effect of scale deposition on heat transfer in injection molding. Scientific Reports, 15, 1-9 (2025) 10.1038/s41598-025-98657-x IF=3.9 Q1
  2. Horváth Sz., Kovács J. G.: Determination of wall thickness effect of in-mold viscosity measurement under non-adiabatic, non-isothermal flow conditions. Express Polymer Letters, 19, 246-257 (2025) 10.3144/expresspolymlett.2025.19 IF=2.6 Q3
  3. Csapó M., Kovács J. G.: Impact of fiber fragmentation on mechanical performance and environmental footprint of recycled glass fiber-reinforced polyamide composites. Journal of Cleaner Production, 511, 145678/1-145678/14 (2025) 10.1016/j.jclepro.2025.145678 IF=10 D1
  4. Hajagos Sz., Kovács J. G.: Polymer-based bipolar plates for fuel cells: design, simulation, and manufacturing. Periodica Polytechnica-Mechanical Engineering, 69, 40-45 (2025) 10.3311/PPme.38589 IF=1 Q4
  5. Horváth Sz., Kovács J. G.: Real‐time product weight estimation based on internal pressure monitoring in injection molding. Polymer Engineering and Science, 65, 1693-1701 (2025) 10.1002/pen.27078 IF=3.2 Q2
  6. 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 Q4
  7. Párizs R. D., Török D.: How to use prior knowledge for injection molding in industry 4.0. Results in Engineering, 23, 102667/1-102667/21 (2024) https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102667 IF=7.9 D1
  8. Szuchács A., Kovács J. G.: Calculation of the bonding strength of semi-crystalline polymers during overmolding. Polymer Testing, 139, 1-6 (2024) 10.1016/j.polymertesting.2024.108579 IF=6 D1
  9. 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=3.4 Q2
  10. Szuchács A., Ageyeva T., Kovács J. G.: Modeling and measuring the bonding strength of overmolded polymer parts. Polymer Testing, 125, 108133/1-108133/15 (2023) 10.1016/j.polymertesting.2023.108133 IF=5 D1

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