Itä-Suomen yliopisto kehittää koneteknologian tulevaisuutta vahvalla materiaalitutkimuksen osaamisella ja huippuluokan tutkimusinfrastruktuurilla. Tiivis yhteistyö Savonia-ammattikorkeakoulun ja Savon ammattiopiston kanssa laajentaa osaamista ja laitekantaa, mahdollistaen monipuoliset analyysimenetelmät ja käytännönläheiset ratkaisut yritysten tarpeisiin.
Monitieteinen osaaminen koneteknologian kehityksen vauhdittajana
Itä-Suomen yliopistolla on vahvaa osaamista materiaalien karakterisoinnissa, testauksessa ja analyysissä – kaikissa koneteknologian kehityksen kannalta keskeisissä osa-alueissa. Yliopistolla hyödynnetään monipuolisia menetelmiä materiaalien ominaisuuksien tutkimiseen, ja osaamista löytyy laajasti muun muassa kemiasta, fysiikasta, materiaaliteknologiasta ja ympäristötieteistä. Tämä monitieteinen lähestymistapa mahdollistaa myös tehokkaan vianetsinnän silloin, kun esimerkiksi raaka-aineiden tai prosessiparametrien muutokset aiheuttavat tuotteisiin odottamattomia tai ei-toivottuja ominaisuuksia.
Hitsauksen onnistumista voidaan tarkastella monitasoisesti
Hitsaus on yksi koneteknologian prosesseista, joissa pienet yksityiskohdat ratkaisevat lopputuloksen laadun. Hitsauksen ja materiaalien laadun arviointiin on tarjolla useita tarkkuutta vaativia menetelmiä, jotka paljastavat yksityiskohdat jopa mikrometrin tarkkuudella.
Röntgentomografia (MikroCT)
Röntgentomografia paljastaa kappaleen mikrorakennetta mikrometritasolla (mikroCT, micro-computed-tomography). Mitä pienempi kappale, sen pienempiä yksityiskohtia voidaan nähdä. Esimerkiksi halkaisijaltaan 3 mm kappaleesta nähdään parhaimmillaan 3 mikrometrin (0,003 mm) yksityiskohtia, mutta koripallon kokoisesta kappaleesta erotetaan enää noin 0,3 mm yksityiskohtia. Kappaleen eri materiaalit tai materiaaliepätasaisuudet vaimentavat röntgensäteilyä eri tavoin, ja tällaisten vaihteluiden avulla saadaan muodostettua kappaleesta harmaasävykuvia halutusta poikkileikesuunnasta.
Röntgentomografiakuvista voidaan arvioida kaksi- tai kolmiulotteisesti esimerkiksi kappaleen huokoisuutta, tihentymiä ja kuitusuuntautumista. Lisäksi erilaiset pituus-, tilavuus-, pinta-ala- ja kulmamittaukset ovat tavanomaisia, samoin kuin CAD-tiedoston ja todellisen kappaleen geometrian vertailu tomografiadatan pohjalta.
Oheisissa kuvissa (Kuvat 1. & 2.) on sylinteriputkien liitoshitsi, johon on tehty tarkoituksella hitsausvirheitä. Röntgenkuvassa hitsipalko ja sen epätasaisuus näkyvät sävyvaihteluna: mitä paksumpi palko sen tummempi alue, eli röntgensäteily läpäisee paksun kohdan heikommin.
Poikkileike & elektronimikroskopia
Materiaaleja karakterisoitaessa pyritään saamaan tietoon materiaalin koostumus ja sen muutokset materiaalin rakenteessa. Esimerkiksi kaksi rinnakkaista kappaletta voi koostua samoista alkuaineista, mutta niiden mekaaninen tai korroosiokestävyys voi olla täysin erilainen. Erot voivat johtua esimerkiksi metalliseoksen kiderakenteista tai valmistettaessa kerrostuneista rakenteista.
Kappaleen ominaisuuksia on saatettu muokata myös pinnoittamalla, jolloin materiaalille on voitu saada pidempi elinkaari kuin pinnoittamattomana. Pinnoitteiden paksuuksien mittaamista tai rakenteiden vaurioanalyysiä varten näytekappaleita valmistellaan erikoismenetelmin. Näytteet paloitellaan ja niistä voidaan valmistaa poikkileike (kuva 3.), jolloin kerroksien paksuudet voidaan määrittää jopa alle mikrometrin (millimetrin tuhannesosa) tarkkuudella. Näytteen valmistus vaatii usein monivaiheisen ja päiviä kestävän prosessoinnin, jossa näytettä pienennetään, pedataan hartsiin, sahataan, hiotaan ja kiillotetaan mekaanisesti sekä ionisuihkulla. Tutkimiseen käytetään materiaalitutkimuksen perustyökalua, pyyhkäisyelektronimikroskooppia (SEM). SEM:llä saadaan lopulta selville tarkka hienorakenne (kuva 4.) sekä voidaan määrittää myös alkuainekoostumus valitusta kohteesta.
Nämä menetelmät soveltuvat esimerkiksi materiaalin huokoisuuden määrittämiseen tai pinnoitteiden tutkimiseen.
Palvelututkimuksista tekoälyratkaisuihin – yliopiston TKI-toiminta elää ajassa
Yliopistolla toteutetaan palvelututkimuksia monessa eri laajuudessa yksittäisistä mittauksista laajoihin selvityksiin. Tämän lisäksi menetelmiä ja osaamista kehitetään laajasti hankkeissa, joissa yritykset ovat mukana tarjoten menetelmien pilotointiin esimerkkitapauksia. Jatkuvan yritysyhteistyön kautta kehitetään ja pidetään yllä myös relevanttia osaamista. Ajankohtaisina teemoina materiaalien tutkimuksessa, kuten monella muullakin alalla, ovat mm. ympäristöasioiden huomioiminen ja tekoälyyn perustuvien ratkaisujen kehittäminen.
