Substytucja materiałów: wykorzystanie aluminium w nowoczesnych procesach technologicznych

Substytucja materiałów: wykorzystanie aluminium w nowoczesnych procesach technologicznych

20/03/2019

Czy wytwarzane dziś produkty są w stanie zagwarantować ich producentom przewagę konkurencyjną na lata? Szybko zmieniające się potrzeby klientów oraz technologiczne, ekonomiczne i środowiskowe trendy zmuszają do poszukiwania substytutów materiałów wykorzystywanych w procesie produkcyjnym. Aluminium daje szanse na zmiany w duchu zrównoważonego rozwoju.

W zgodzie z rozwojem cywilizacyjnym
Z analiz rynkowych wynika, że istotnym źródłem rosnącego zapotrzebowania i konsumpcji aluminium na świecie jest przyrost populacji, postępująca urbanizacja i substytucja w aplikacjach, w których właściwości aluminium przeważają nad dotychczas stosowanymi materiałami. Stąd dążenie do kreacji i wdrażania nowoczesnych rozwiązań z zakresu materiałoznawstwa.

Polscy producenci projektują wyroby przeznaczone dla coraz bardziej wymagających przemysłów, m.in. transportowego, budowlanego i samochodowego, z których ze względu na niższe koszty i zyski ekologiczne stopniowo wypierana jest stal, oraz dla przemysłu elektroenergetycznego, gdzie rezygnuje się z miedzi. Substytucja materiałów z wykorzystaniem aluminium to znacząca innowacja w inżynierii materiałowej oraz metalurgii, wspierająca rozwój nowoczesnych procesów technologicznych, idąca w zgodzie z rozwojem cywilizacyjnym.

Substytucja materiałów
– Aby ograniczyć koszty ponoszone w zakresie substytucji materiałowej, wprowadzanie zmian należałoby rozpocząć od zastosowania takich materiałów, które będą spełniały wszystkie wymagania, a których wymiana nie wiąże się z aż tak wielkimi nakładami czasowymi i finansowymi – wyjaśnia Tomasz Grzybowski Project Manager w firmie Hydro Extrusion Poland. – A jeszcze lepiej, jeśli dodatkowo wywrze się pozytywny wpływ na środowisko naturalne. Należy jednak pamiętać, że niezbędne może okazać się przeprojektowanie produktu w celu pełnego wykorzystania potencjału nowego materiału. Coraz częściej jest nim aluminium – dodaje Tomasz Grzybowski.

Firma Hydro Extrusion Poland produkuje dla największych użytkowników takich jak sektor transportowy czy budowlany. To z ich hal produkcyjnych wychodzą profile aluminiowe, które znaleźć można w samochodach osobowych, ciężarówkach, pojazdach komunikacji miejskiej, ale także w statkach czy rowerach. Firma wytwarza profile okienne, materiały wykorzystywane w obszarze infrastruktury zewnętrznej, elementy do systemów HVACR nowej generacji. Ogromne zaangażowanie krajowych producentów, jak też ich dążenie do innowacji w wytwarzaniu komponentów aluminiowych sprawiają, że Polska odnotowuje dynamiczny rozwój w zakresie przetwórstwa i zastosowania aluminium oraz jego stopów.

Bezcenna gospodarka obiegowa
Aluminium wykazuje długą żywotność, a ponadto posiada właściwości, które umożliwiają jego recykling niemal bez końca. Wystarczy 5% energii wykorzystywanej do produkcji pierwotnego aluminium, aby bez utraty jakości przetopić je na nowe produkty. Warto dodać, ze w przeciągu ostatnich dwóch dekad nastąpił na świecie 2,5-krotny wzrost produkcji pierwotnego aluminium i aż 75% z tego wciąż jest w obiegu. Zarówno korzyści dla środowiska jak i oszczędności finansowe będące efektem wprowadzenia gospodarki obiegowej są oczywiste.
Możliwości aluminium
Zastosowanie aluminium jest kuszącą alternatywą również dlatego, że wykazuje ono niewiele ograniczeń konstrukcyjnych oraz jest podatne na obróbkę powierzchniową i mechaniczną. W ramach pierwszej z nich najczęściej stosuje się malowanieanodowanie. Malowanie proszkowe zapewnia nieograniczony wybór kolorów, różne stopnie połysku i znakomitą jednolitość odcieni. Z kolei anodowanie pozwala utrzymać profil w lepszej kondycji – chroni go przed korozją oraz dodaje walorów estetycznych poprzez zmatowienie powierzchni.

Obecnie głównymi zastosowaniami aluminium i jego stopów, poza obszarem odlewniczym, są wyroby walcowane, wyciskane i kute uzyskiwane w trakcie obróbki mechanicznej. Przeznaczony do procesu wyciskania, stop aluminium ma postać wałka, który następnie cięty jest na wlewki. Rozgrzewa się je w piecu gazowym lub indukcyjnym w temperaturze sięgającej 400-500 stopni, gdyż jest to optymalna temperatura wyciskania.

 
W wyniku przeciskania wlewka przez matrycę – co przypomina nieco wyciskanie pasty do zębów z tubki – powstaje gotowy profil. Zazwyczaj ma on długość ok. 25-45 metrów i stopniowo opuszczając matrycę (do 50 metrów na minutę) jest schładzany wodą lub powietrzem, a następnie rozciągany, aby zlikwidować naprężenia i nadać profilowi prostoliniowość. Stale modernizowane technologie odlewnicze i formowalność aluminium umożliwiająca redukcję nakładów na obróbkę maszynową, dają efekt w postaci materiałów o niemal dowolnych kształtach, lepszych parametrach użytkowych czy właściwościach mechanicznych. A to przekłada się na kolejne zalety – zmniejszenie masy końcowej danych elementów, ich większą wytrzymałość, oszczędność energii czy redukcję kosztów eksploatacyjnych.

Profil aluminiowy, który jest odpowiednio zaprojektowany nie wymaga dużego nakładu czynności poprodukcyjnych. Aluminium śmiało może konkurować z innymi materiałami – drewnem, polichlorkiem winylu, miedzią czy stalą. W procesach produkcji koszt odgrywa ogromną rolę i niejednokrotnie jest czynnikiem decydującym, a miedź jest o wiele cięższa i około trzy razy droższa od aluminium. Ono z kolei kosztuje więcej niż stal – ale posiada cechy budujące jego przewagę na rynku

Innowacyjne rozwiązania dopasowane do zastosowań
Substytucja jest procesem ewolucyjnym, wymaga badań materiałowych, znajomości rynku oraz poświęcenia wielu godzin pracy, gdyż musi mieć charakter ciągły.
– Nowe materiały użyte do produkcji należy regularnie poddawać audytom. Niezbędna jest ocena ryzyka, kosztów konwersji i potrzebnego sprzętu. Ponadto wykorzystanie różnorodnych stopów aluminium wiąże się z koniecznością opracowywania dla każdego z nich odrębnej technologii zabezpieczającej powłoki – tłumaczy Tomasz Grzybowski Project Manager w firmie
Hydro Extrusion Poland

Dlatego w proces substytucji muszą być angażowani specjaliści, którzy dobrze rozumieją ryzyko i korzyści z niej wynikające. Firma Hydro Extrusion Poland zatrudnia wykwalifikowany zespół ekspertów i naukowców, potrafiących opracować rozwiązania dla niemal każdego zastosowania. Firma dysponuje pełnym zakresem standardowych i niestandardowych stopów, a także oferuje pomoc w ich właściwym doborze.

Cykl życia produktu
Każdy produkt ma swój cykl życia, co oznacza czas obecności na rynku. Okres ten oraz sam schyłek cyklu uzależnione są od wielu czynników, do których należeć mogą m.in. nowe wymogi prawne czy zmienne warunki działalności. Dla producenta oznaczają one każdorazowe konieczność zastąpienia w procesie produkcyjnym jednych materiałów nowymi, spełniającymi te same potrzeby. Metody jakimi firma tego dokona, mogą mieć niebagatelne znaczenie dla jej finansów, ale również dla środowiska naturalnego. Dlatego tak istotna staje się optymalizacja procesów i zwiększanie efektywności. Kluczem do uzyskania sukcesu w substytucji materiałów może okazać się aluminium.