ELME Studioon uutta tekniikkaa – Väsymistestaus nopeutuu huippulaitteilla

Laitteet ovat tehokkaassa käytössä. Tutkimustuloksia saadaan nopeasti, sanoo projektipäällikkö Aappo Mustakangas Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutista.

– FMT-ryhmässä on käynnissä DREAMS-projekti, jossa hankitaan suuret määrät dataa 3D-tulostetuista materiaaleista. Tätä varten väsytetään paljon näytteitä ja tarvitaan nopeita väsytyslaitteita.

Laitteistolla tutkitaan materiaalinäytteitä, muovia, muovikomposiitteja, metallia ja 3D-tulosteita. Laitteet ovat muokattavissa koneen osien ja muiden kappaleiden testaukseen.

Huomio kovan
metallin testaukseen

Uusilla laitteilla väsytyskapasiteetti nousee huomattavasti. Laitteet kykenevät 100 Hz -väsytystaajuuksiin ja 20 kN -dynaamisiin vetopuristusvoimiin. Tämä mahdollistaa hyvin nopean testaamisen varsinkin koville metallimateriaaleille.

Mustakankaan mukaan yksittäinen näyte voi joutua käymään läpi 10 miljoonaa sykliä väsymistestauksessa, jos ei enemmänkin.

– 10 Hz testaustaajuudella tähän kuluu yli 11 päivää. 100 Hz -testaustaajuudella päästään samaan tulokseen noin 28 tunnissa. Kun yhteen testisarjaan kuuluu monta näytettä, on ajansäästö valtava.

– Näytteissä päästään Wöhler-käyrään huomattavasti lyhyemmässä ajassa kuin laboratorion hydraulisilla väsytyslaitteilla. Jo viikon aikana voidaan saada sopivista näytteistä materiaalin väsymiselle malli, joka on hyödynnettävissä suunnittelussa.

ELME Studion vanha laitekanta on edelleen käytössä. Uudet laitteet tuovat lisäkapasiteettia, nopeutta ja joustavuutta testaamiseen.

– Hydraulinen laitekanta, kuten Instron, väsyttää näytteitä suurilla voimilla, mutta testaustaajuus jää usein vaatimattomaksi. Elektrodynaamisilla laitteilla tuotetaan dataa huomattavasti nopeammin ja pienemmillä energiamäärillä.

Investointien myötä ELME Studion palvelutarjonta laajenee, toteaa kehittämispäällikkö Jari Tirkkonen Nivalan Teollisuuskylä Oy:stä.

– Kapasiteettia vapautuu tilaustutkimuksiin ja yksittäisiin toimeksiantoihin.

Väsymistestaus korostuu
laadun varmistuksessa

Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutin FMT-tutkimusryhmän ja Nivalan Teollisuuskylä Oy:n yhteistyössä tutkimuslaboratorioon investoidut korkealla taajuudella toimivat väsymistestauslaitteet ovat alueen metalli- ja konepajateollisuuden käytettävissä.

Testauslaitteisto tarjoaa yrityksille mahdollisuuden tutustua ja vertailla eri väsytysmenetelmiä materiaalien laadunvarmennuksessa.

– Teollisuudessa väsymistutkimus on varsin ajankohtaista, sillä yhteiskunnallinen tarve parantaa tuotteiden energiatehokkuutta materiaalin käyttöä vähentämällä altistaa kevennetyt rakenteet väsymiselle ja toisaalta alalle on tullut uusia valmistusmenetelmiä kuten metallin ainetta lisäävä valmistus eikä näiden vaikutusta materiaaliominaisuuksiin vielä tunneta kunnolla, Mustakangas sanoo.

Teollisuudelle tieto uusilla tekniikoilla tuotettujen materiaalien väsymisominaisuuksista on oleellista tuotteiden, koneiden ja laitteiden kestävyyden kannalta.

Yritykset ja suunnittelutoimistot voivat Mustakankaan mukaan hyödyntää testausmenetelmiä yhteistyössä FMT-tutkimusryhmän kanssa tai yrityksen omassa tuotekehityksessä. Näin saadaan entistä kestävämpiä, keveämpiä ja kilpailukykyisempiä tuotteita. Materiaalitehokkuus lisääntyy, ja hävikki pienenee.

– Itse väsytystestaustekniikka on entuudestaan tuttu, mutta laitteet ovat kehittyneet. Muutamassa vuodessa testaustaajuus on kasvanut 20 hertsistä yli 100 hertsiin. Nykytekniikalla testaus on nopeaa ja saadaan entistä laadukkaampia tieteellisiä tuloksia.

Laitteiston hankintaa puoltaa ELME Studion valmis laboratorioympäristö tiloineen ja Oulun yliopiston FMT-tutkimusryhmän asiantuntemus materiaalitutkimuksesta sekä tietotaito asiakasyhteistyöstä.

– Väsymisominaisuuksien tutkiminen on luonnollinen jatkumo Nivalassa tehdylle metallin tutkimustyölle. Jo nyt tiedossa on asiakkaita, jotka haluavat hyödyntää väsymistestausta omassa liiketoiminnassaan, Mustakangas sanoo.

Pitkällä aikavälillä tavoitteena on laajentaa väsymistutkimukseen pohjautuvaa tutkimusympäristöä Oulun yliopistolla ja Nivalan alueella niin, että se palvelee entistä tehokkaammin kotimaisia ja ulkomaisia TKI-toimijoita.

Jatkossa tutkitaan
vetyä kestäviä teräksiä

Oulun yliopisto on Suomen ainoa yliopisto, jonka strategisena painoalueena on teräs. Tulevaisuudessa työ painottuu lujiin vetyä kestäviin teräksiin ja näiden sovelluksiin.

Sekä teräksen lujuuden kasvu että vety-ympäristö tekevät väsymisen ennustamisesta ja hallinnasta entistä vaikeampaa. Tulevaisuuden tarpeita vastaamaan FMT-tutkimusryhmä on panostanut väsymistutkimukseen ja siihen liittyvään testaukseen yli vuosikymmenen ajan.

Laiteinvestointi toteutettiin ”Väsymistutkimusympäristö erittäin vaativien sovellusten kehittämiseksi – FATE” -hankkeella. (React-EU/EAKR). Hanke rahoitettiin osana Euroopan unionin covid-19 pandemian johdosta toteuttamia toimia.

Lisätietoja

Nivalan Teollisuuskylä Oy, kehittämispäällikkö Jari Tirkkonen +358 400 392 463, jari.tirkkonen(at)nitek.fi
Oulun yliopisto Kerttu Saalasti Instituutti, tutkimusjohtaja Antti Järvenpää +358 44 555 1633, antti.jarvenpaa(at)oulu.fi
Oulun yliopisto Kerttu Saalasti Instituutti, projektipäällikkö Aappo Mustakangas +358 50 511 9346, aappo.mustakangas(at)oulu.fi