Innowacyjny system sortowania opadów, ekologiczne nawozy, nowoczesne sensory i narzędzia kuźnicze – tymi tematami zajmą się laureaci konkursu „Lider” organizowanego przez NCBiR. Czterech naszych naukowców otrzymało na swoje badania blisko 6 mln zł.

Program „Lider” wspiera młodych naukowców w samodzielnym planowaniu prac badawczych i zarządzaniu własnym zespołem badawczym podczas realizacji projektów, których wyniki mogą mieć praktyczne zastosowanie i mają potencjał wdrożeniowy.

Maksymalna wysokość dofinansowania projektu wynosi 1,5 mln zł. Tym razem granty o łącznej wartości ponad 70 mln zł trafiły do 49 osób, w tym do czterech naukowców z Politechniki Wrocławskiej.

„Cyfrowy bliźniak” sortowni odpadów

Dr inż. Robert Giel z Wydziału Mechanicznego na projekt „Cyber-fizyczny system sterowania strumieniem odpadów” otrzymał grant w wysokości ponad 1,4 mln zł.

Zakłada on opracowanie „cyfrowego bliźniaka” sortowni odpadów. Naukowcy stworzą miniaturowy system sortowania odpadów, posiadający podobne cechy do systemu rzeczywistego oraz model symulacyjny systemu, który będzie na bieżąco zbierał dane z systemu rzeczywistego. Umożliwi on podejmowanie decyzji o najlepszym możliwym ustawieniu parametrów systemu rzeczywistego. Ustawienie to będzie ukierunkowane na maksymalizację wskaźników operacyjnych i niezawodnościowych systemu.

– „Cyfrowy bliźniak” jest jednym z narzędzi wykorzystywanych w koncepcji Przemysłu 4.0. W projekcie chcemy wykorzystać narzędzie znane ze swojej skuteczności w poprawie działania systemów produkcyjnych i zaaplikować je w nowym obszarze, jakim jest system sortowania odpadów – opowiada naukowiec.

W tym celu zespół wykona prace badawcze obejmujące wybór niezbędnych urządzeń elektronicznych i mechanicznych. Opracuje także metody pozwalające zidentyfikować odpady na taśmie przenośników i metody umożliwiające sterowaniem przenośnikami za pomocą sterowników PLC. Ostatecznie zebrane dane zostaną wykorzystane do budowy modelu symulacyjnego, który przy integracji z systemem rzeczywistym zostanie cyfrowym bliźniakiem.

– Projekt ma istotne znaczenie dla poprawy sposobu sortowania odpadów. Jego wyniki mogą wpłynąć na redukcje odpadów kierowanych do składowania i istotnie zwiększyć uzyskiwane poziomy odzysku i tym samym zwiększyć ilości odpadów poddawanych ponownemu wykorzystaniu. Pozwoli to zbliżyć aktualny model gospodarki w kierunku modelu cyrkularnego – dodaje dr Giel.

Jak zwiększyć trwałość narzędzi kuźniczych?

Z kolei dr inż. Paweł Widomski również z Wydziału Mechanicznego na projekt „Opracowanie innowacyjnych narzędzi do kucia i wyciskania na gorąco z konformalnymi kanałami chłodzącymi wytwarzanymi addytywnie” otrzymał grant w wysokości blisko 1,5 mln zł.

Naukowiec ze swoim zespołem zamierza opracować i wdrożyć innowacyjne rozwiązania z kanałami chłodzącymi stosowanymi w celu zwiększenia trwałości narzędzi do kucia i wyciskania na gorąco. W tym celu wykorzysta dwie addytywne technologie wytwarzania, które dotąd nie były stosowane do budowy narzędzi kuźniczych – technologię FDMS (Fused Deposition Modeling Sintering), opartą na druku 3D z kompozytowych filamentów z tworzywa sztucznego i metalu oraz późniejszym płukaniu i spiekaniu oraz technologię synchronicznego spawania i napawania cienkich rur stalowych, opartą na niskoenergetycznym spawaniu CMT (Cold Metal Transfer).

Technologia FDMS umożliwia drukowanie kompozytowych narzędzi na zwykłych drukarkach do tworzyw. Wydruki wykonane są z kompozytowych filamentów metal-tworzywo zawierających proszki metali. Następnie poprzez chemiczne i termiczne płukanie oraz spiekanie można osiągnąć materiał o gęstości sięgającej do 99 proc. i właściwościach zbliżonych do litego metalu.

– Jest to przełomowe, ponieważ eliminuje konieczność stosowania drogich drukarek do metalu opartych na metodzie laserowego spiekania proszków. Technologia ta jest znana od zaledwie kilku lat i dopiero znajduje swoje pierwsze zastosowania w przemyśle – tłumaczy dr Widomski.

Z kolei synchroniczne spawanie i napawanie cienkich rur stalowych oparte na niskoenergetycznym spawaniu łukowym nigdy dotąd nie było wykorzystane do produkcji narzędzi do kucia lub wyciskania.

– Addytywne napawanie łukowe (WAAM) daje ogromny potencjał druku 3D z metalu, który w połączeniu z cienkimi rurami stanowiącymi kanał dla cieczy chłodzącej, może okazać się niezwykle przydatny przy wytwarzaniu tych narzędzi – podkreśla badacz.

Dzięki zastosowaniu addytywnych metod wytwarzania możliwe będzie wykonanie kanałów chłodzących o niemal dowolnej geometrii, zlokalizowanych blisko powierzchni roboczej narzędzi, co jest niemożliwe do osiągnięcia konwencjonalnym wierceniem lub drążeniem. Narzędzia do kucia i wyciskania wykonywane przyrostowo mogą osiągnąć znacząco większą odporność na wpływ wysokich temperatur obecnych w tych procesach.

Nowoczesne sensory

Dr inż. Mateusz Szatkowski z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki otrzymał ponad 1,4 mln zł na projekt „Sensor frontów falowych na wirach optycznych”, którego celem jest wykorzystanie wirów optycznych – stabilnych nieciągłości fazowych, jako markerów jakości badanego frontu falowego.

– Front falowy może przenosić informacje o strukturze badanego obiektu, stąd tak istotna jest możliwość jego pomiaru. W efekcie stworzony zostanie sensor frontów falowych bazujący na wirach optycznych, którego głównym zastosowaniem będzie pomiar frontów falowych w celu badania jakości elementów optycznych, w tym elementów typu freeform, czyli takich które nie posiadają symetrii obrotowej – wyjaśnia naukowiec.

Projekt, którego czas trwania to 36 miesięcy, realizowany będzie na Politechnice Wrocławskiej, a jego testy w warunkach docelowych przeprowadzone zostaną we współpracy z firmą Scanway. 

Dr inż. Mateusz Szatkowski pracuje w Katedrze Optyki i Fotoniki. Jego zainteresowania naukowe są związane ze strukturyzowaniem światła, interferometrią i holografią oraz optyką nieciągłości fazowych.

Z Politechniką Wrocławską związany od początku studiów inżynierskich. Doktorat obronił z wyróżnieniem w 2020 roku, otrzymując również wyróżnienie Polskiego Towarzystwa Fizycznego za rozprawę doktorską. Laureat Stypendium dla Wybitnych Młodych Naukowców w 2020 roku. Odbył staże naukowe w Niemczech, Meksyku i USA.

Ekologiczne nawozy

Dr inż. Mateusz Samoraj z Wydziału Chemicznego na projekt „Innowacyjne kompleksowe nawozy ekologiczne bazujące na biomasie odpadowej” otrzymał dofinansowanie w wysokości 1,4 mln zł.

Prowadzone przez niego badania dotyczą zagospodarowania odpadów do celów nawozowych, a ich celem jest opracowanie technologii produkcji oraz formulacji nowych nawozów ekologicznych zawierających makroskładniki (NPK) pochodzące z surowców odnawialnych i biomasy, mikroskładniki (Zn, Mn, Cu) związane z biomasą, węgiel organiczny oraz biostymulatory.

– Efektem prac będzie nowa technologia produkcji nawozów oraz formulacje nawozów ekologicznych. Partnerem projektu jest firma Ekoplon, z którą podpisano list intencyjny. Firma jest zainteresowana komercjalizacją wyników po zakończeniu projektu – dodaje dr inż. Mateusz Samoraj.

Również ten projekt potrwa 36 miesięcy.

Dr inż. Mateusz Samoraj pracuje w Katedrze Zaawansowanych Technologii Materiałowych. Jego zainteresowania naukowe oscylują m.in. wokół nawozów organiczno-mineralnych, biostymulatorów, technologii dla gospodarki o obiegu zamkniętym oraz technologii wykorzysujących odnawialną bazę surowcową.

Doktorat obronił w 2016 r., a staże i szkolenia naukowe odbył w Hiszpanii, Szwecji i Czechach. W 2020 r. otrzymał stypendium Ministra Edukacji i Nauki dla młodym naukowców, którzy prowadzą wysokiej jakości badania i wykazują się znaczącymi osiągnięciami w działalności naukowej.

Pełną listę laureatów można znaleźć na stronie NCBiR.

lucy, mic