Ett team av forskare vid Kaunas tekniska universitet (KTU), Litauen har utvecklat en ny metod för precisionsslipning av hårda och spröda material som uppnår oöverträffad effektivitet i denna process. Genom att experimentera med volframkarbid skapade de en innovativ teknik för att forma det extremt starka och ändå lättbrytbara materialet till en önskvärd form.

Den högteknologiska industrins efterfrågan på högpresterande optiska komponenter – från glaslinser för konsumentprodukter som digitalkameror till avancerade produkter som medicinska system – ökar exponentiellt. Vid precisionsgjutning av glas, som tillåter tillverkning av optiska komponenter från glas utan slipning och polering, hårda och högtemperaturbeständiga formmaterial, såsom volframkarbid, används.

"Bearbetning av volframkarbid för att göra de cylindriska detaljerna som används vid formning av optiska element är utmanande. För det första, det är ett mycket hårt material, så alla verktyg som kommer i kontakt med det slits nästan omedelbart, andra, om verktyget förs in för djupt i ytan av volframkarbid, den senare går sönder. För att kunna bearbeta det hårda och spröda materialet, det måste nå plastiskt deformationstillstånd, när den kan formas och formas utan att gå sönder, " förklarar Gytautas Balevičius, en forskare vid KTU Institute of Mechatronics.

Ett av sätten att uppnå den plastiska deformationen av arbetsstycket är ultraljudsexciteringen av verktyget. Med andra ord – verktyget börjar vibrera och vibrationen överförs till arbetsstycket. Ju högre frekvens av excitation, desto bättre är chanserna att uppnå tillståndet av plastisk deformation av materialet som slipas. I en laboratoriemiljö, det är möjligt att uppnå den excitationsfrekvens som behövs för plastisk deformation med hjälp av nano-scratching men hittills har det varit omöjligt att nå dessa frekvenser under industriella förhållanden.

Även om i bearbetningen av de hårda materialen, såsom volframkarbid, diamantverktyg används, deras slitage under processen är betydande. Eftersom djupet för införandet av verktyget i ytan endast kan vara minimalt, malningsprocessen är lång och ineffektiv.

"Vi har föreslagit den nya metoden för ultraljudsassisterad slipning. Genom att fokusera på exciteringen av arbetsstycket snarare än verktyget, vi har uppnått frekvensen 80-100 kHz, vilket för närvarande är mycket svårt att uppnå i branschen över hela världen, säger Balevičius, en Ph.D. student vid KTU fakulteten för maskinteknik och design, en av författarna till uppfinningen.

Den höga frekvensen av exciteringen gör det möjligt att uppnå plastiskt deformationstillstånd för arbetsstycket av volframkarbid, vilket gör att verktyget kan föras djupare ner i ytan. Detta gör malningsprocessen mer effektiv.

"Högpresterande optik behövs för det breda utbudet av produkter, från varje smartphone till de komplicerade verktyg som används inom medicin eller astrofysik. Genom att optimera processen för att producera precisionsoptik ger vi ett betydande bidrag till den högteknologiska industrin, placera Litauen på kartan över precisionsindustrierna, " säger professor Vytautas Ostaševičius, chef för KTU Institute of Mechatronics, ledare för forskargruppen bakom uppfinningen.

Tre innovativa teknologier har skapats av KTU-forskare i processen för denna forskning. En patentansökan för den innovativa utrustningen som integrerar dessa teknologier har lämnats in till Litauens statliga patentbyrå.

Kommersialiseringen av de teknologier och produkter som skapats av KTU forskargrupper underlättas av KTU National Innovation and Entrepreneurship Centre, one-stop-shop för företag och industri som är villiga att samarbeta med vetenskapen.