Különleges anyaggal kísérleteznek Debrecenben

Debrecen - Az egyetem műszaki karán vizsgált anyag az orvostudomány számára is kincset érhet.

Kemény, tartós, de olyan könnyű, hogy úszik a vízen: a fémhabot különleges mechanikai és fizikai tulajdonságai miatt az ipar sok területén használják. Bár több évtizedes múltra tekint vissza, mivel további kiaknázatlan lehetőségeket tartogat, világszerte kutatják, újabban az orvostudomány számára is, mint implantátum anyagot.

Három éve a Debreceni Egyetem Műszaki Karán is intenzíven tanulmányozzák a fémhabot, egyrészt a gyártását, másrészt a „viselkedését”. Az intézmény anyagtechnológiai laboratóriumában lévő kemencében az alumínium ötvözetet felmelegítik 700 Celsius-fokra, megolvasztják, hozzá gázképző anyagot adnak, így az lényegében felbuborékosodik, szivacs-szerűvé válik; fémhab képződik – mutatja be a folyamatot dr. Mankovits Tamás, a DE Műszaki Kar Gépészmérnöki Tanszékének helyettes vezetője.

Más és más darabok

– A fémhab belső struktúrája rendezetlen és nehézséget okoz a reprodukálhatóság, amiből az adódik, hogy minden újabb gyártás más és más darabot eredményez. A jelenlegi technológiákkal nem igazán lehet befolyásolni, milyen legyen a szerkezete – magyarázza Mankovits Tamás, mi okoz fejtörést az anyag kapcsán. – De ha már a kezünkben van, meg tudjuk mondani a tulajdonságait, azt, hogyan viselkedik például terhelés hatására. Különböző képalkotó eljárások segítségével térképezzük fel a fémhab belső struktúráját, számítógéppel modellezzük viselkedését, ennek eredményeképpen a belőle készült termék biztonságosabban tervezhető. Továbbá javaslatot tehetünk a gyártónak, hogy mely irányban lehetne a technológiában előrelépést tenni, hogy a fémhabból készült termék a kívánt mechanikai tulajdonsággal rendelkezzen.

Autókban

Azt is elmondta, habár hazánk más egyetemein is képesek fémhabot előállítani és azt vizsgálni, a Debrecenben alkalmazott geometriai modellezés és ún. végeselemes szimuláció egyedülálló az országban.

– Egyik legelőnyösebb tulajdonsága a fémhabnak, hogy súlya töredéke a tömör fémnek. Ezért gyakran alkalmazzák olyan területeken, ahol fontos az egyidejű súlycsökkentés és teherbírás, vagy energiaelnyelő képesség: például repülőgépek vagy járművek gyártásánál. Mivel jó hangszigetelő és rezgéscsillapító, az építőiparban is alkalmazzák. Bár mára már elérhető, egyelőre drága, így inkább prémium kategóriás gépkocsiknál találkozhatunk vele – sorol példákat a mérnök a különleges anyag felhasználására. Hozzáteszi: a Műszaki Kar diákjai által épített alternatív hajtású autók hamarosan fémhabból készült ütközőelemeket kapnak.

Mint a csont

Az anyag hatalmas távlatokat nyithat a gyógyításban, de ez irányú kutatása még világviszonylatban sem nevezhető előrehaladottnak. Mivel az emberi testbe nem lehet alumíniumot beültetni, orvosi célra titánt kellene használni, ami nem csak önmagában drága, hanem technológiai költsége is sokszorosa az alumíniuménak. A titán alapú fémhab (az alapanyag szintén titán vagy más anyag, pl. tantál) előállításához több tízmillió forintos, speciális kemence lenne szükséges; Magyarországon nincs ilyen. A DE Műszaki Kara vizsgálható mennyiségű és minőségű titán-fémhabbal sem rendelkezik, pedig számítógépes modellezésüket ugyanúgy tudnák rajta alkalmazni, mint az alumínium alapúnál. Amellett igény is lenne rá, az ortopédiai klinika számára kutathatnának a mérnökök.

– Az orvoslásban ma is használnak titán eszközöket, például tömör implantátumok felületére felvitt habszerű bevonatként. Az ortopédiai alkalmazásban komoly lehetőségek rejlenek, a szivacsos csontállományhoz hasonló szerkezet a csontnövekedéshez ideális körülményeket tud biztosítani. A habosított titánnal lehetővé válna a testtájankénti különböző igénybevételekhez történő igazodás is. Ezért azt is meg kell oldani, hogy a titánhab szilárd­ságát a csontéhoz hasonlóra állítsuk be. Ha ugyanis annál szilárdabb lenne, akkor egy esetleges sérülésnél, balesetnél szét­zúzná maga körül a szöveteket – mondta Mankovits Tamás, megjegyezve, hogy kutatásaik jelentős része éppen a kívánatos szilárdság meghatározására irányulhatna.

HBN–SzT

A kutatókról

Mankovits Tamás a Miskolci Egyetemen végzett gépészmérnökként, szakterülete a szilárdságtani szimuláció, modellezés. 2007-től a Debreceni Egyetem Műszaki Kar Gépészmérnöki Tanszék oktatója, egyetemi docens, tanszékvezető-helyettes. A DE Műszaki Karán 2015-ben létrejött egy fiatal kutatókból és mérnökhallgatókból álló csoport, a MAMEET (Material and Mechanical Engeneering Technology), melynek tagjai fémhabkutatással foglalkoznak. Többen közülük a Nemzeti Kiválóság Program kutatói ösztöndíjasai, egy hallgatót pedig a Nemzeti Tehetség Programban díjaztak.