Cínoví vojáčci a technologie dalšího století

Princip, který dává galvanoplastice nové možnosti i perspektivy

Cínoví vojáčci a technologie dalšího století

* Galvanování je proces používaný v nejrůznějších průmyslových oborech již hezkou řádku let. Znalost jeho předností i omezení mu během doby vymezila pole i spektrum využití. Obecně se jaksi mělo za to, že tato technologie dosáhla za současných podmínek hranic svých možností. Nyní se ukazuje, že ve skutečnosti může být všechno zcela jinak.
Kancelář Antonína Šmída, majitele a šéfa stejnojmenné firmy, má k atmosféře chrómu, kůže, skla a dřevěných obkladů na hony daleko. Je zde spousta cínových figurek a drobných dekoračních předmětů, stojí zde nejrůznější zdobené svícny, na stěnách jsou připevněny různě tvarované kovové profily, spirály či ramena lustrů. Krátce řečeno, v kostce se vám tady představuje historie nevelké firmy, která se specializuje na práci se slitinami.
Je zde ale několik maličkostí, které se tomuto průřezu jakoby vymykají. Vaši pozornost totiž velice rychle upoutá téměř "kosmicky" vyhlížející předmět: na první pohled připomíná jakýsi radiolokátor tvořený soustavou do čtverce seřazených parabol propojených kaskádou trubek. Ve skutečnosti jde o hybridní sluneční kolektor - základ systému pro odběr solární energie a její transformaci do energie tepelné či elektrické. A když náhodou vezmete do ruky některý ze zmíněných profilů, překvapí vás jeho váha. Jsou neuvěřitelně lehké. Rameno lustru tvořené dutou skořepinou váží pouhých 45 dkg a má přitom stejné - a v některých směrech i lepší - užitné parametry i fyzikální vlastnosti jako obdobný standardní výrobek těžší o více než dva kilogramy.

Objev na tři písmena

Duchovním otcem originálního hybridního slunečního kolektoru, který (podobně jako celý systém využití zachycované energie), představuje zcela původní a originální řešení, je Antonín Šmíd; člověk nadaný technickou intuicí spojenou s pragmatickým myšlením a citem pro realitu. Díky tomu přišla na svět technologie, bez níž by hybridní sluneční kolektor pravděpodobně nespatřil světlo světa. A neexistovaly by ani superlehké profily s předem stanovenými vlastnostmi materiálu, nebyly by zde "kapesní" modely karosérií skutečných aut.
Technologie, která doslova a do písmene posunuje galvanoplastiku do třetího tisíciletí, nese označení AMS - Atomová metalurgicko-strojírenská technologie. Zpřesnění tohoto poněkud tajuplně vypadajícího názvu je docela prosté: "A" naznačuje, že jde o přenášení atomů kovů elektrolytickou cestou; "M" zastupuje použití nízkotavných slitin na vytváření modelů dutin výrobků a konečně "S" zastupuje oblast užití: strojírenství.

Z lázně do prostoru

Klasická galvanoplastika má vedle svých předností i některé limitující faktory. K těm nejznámějším, ale také nejhůře odstranitelným, patří vliv silokřivek na rovnoměrnost a sílu nanášené kovové vrstvy a vodíková nemoc. V prvém případě jde o to, že na hranách tělesa ponořeného v galvanické lázni se siločáry zahušťují, takže vrstva kovu narůstá rychleji, zatímco v dutinách zůstávají řidší a kov se nanáší pomaleji. Vodíkovou nemoc mají na svědomí ionty uvolněné z lázně, které se zabudují do silnějších vrstev a materiál dostává houbovitou strukturu.
"Zjednodušeně řečeno celý problém vlastně spočívá ve schopnosti a možnostech regulace elektrických proudů v galvanické lázni," řekl Antonín Šmíd. "To představuje alfu i omegu předností i nedostatků galvanoplastiky. Čím větší přesnosti dosáhnete, tím lepší dostanete výsledek."
Nová technologie takříkajíc obrací dosavadní principy galvonoplastiky naruby. Namísto toho, aby se předmět koupal v lázni, umístí se do prostoru a pomocí trysek omývá nasyceným elektrolytem. Galvanický proces obstarávají paprsky o průměru 1,5 mm, které zároveň nesou proud s hodnotami 30 miliampér. Možnost volby a nastavení vzdálenosti jednotlivých trysek od modelu, variabilní rychlost nanášení kovu i proměnná intenzita proudu eliminují omezení klasické galvanoplastiky.

Absolutní přesnost

Popsaný princip představuje jen vrchol ledovce této technologie. Pod ním se skrývají léta usilovného hledání a zkoušení. Pro novou technologii bylo nutné vyvinout speciální nízkotavitelné slitiny, protože teplota, za níž se rozpouští model, ovlivňuje zpětně vlastnosti kovového výrobku. Na tomto vývoji se podílel ing. Petr Romaňák, CSc., z ITC-VUK v Panenských Břežanech. Nová slitina umožňuje odlévání modelu stejně tak jako jeho tavení v rozmezí teploty 50 - 90 0C.
Dnes je jasné, že patentově chráněná AMS technologie funguje a že se před ní otevírají velmi široké perspektivy. Proces galvanizace je totiž absolutně přesný. Atomy modelu se dotýkají atomů kovu. Elektrolytové paprsky vytvářejí na povrchu modelu třímilimetrové body, které se plynuje posouvají po povrchu a dovolují celý proces digitálně řídit pomocí počítače.
"Jsem přesvědčen, že tato technologie během času výrazně ovlivní celý strojírenský průmysl," řekl Antonín Šmíd. "Jednak je - a to by vlastně dnes už mělo být samozřejmostí u všech novinek - ekologicky naprosto čistá. Celý proces se odehrává v uzavřeném cyklu. Ale hlavně - dosahujeme čtyřdevítkové čistoty jednotlivých kovů. Jejich kombinací můžeme vytvořit výrobek předem určených vlastností materiálu. Složité tvary se dělají tak, že v některých bodech na povrchu se nechají odkryté předem pokovené stykové plochy, které se při dalším pokovování galvanicky pevně spojí s předchozím modelem. Celý proces se dá několikrát opakovat. Do elektrolytického paprsku je možné přidávat různé komponenty jako křemíkovou drť, teflon, grafit či diamantový prach a vytvářet tak nové povrchy materiálů a výrobků. A k důležitým přednostem této technologie patří i to, že umožňuje nanášení kovových atomů do trub, závitů a štěrbinových mezer, že je využitelná pro vnější i vnitřní povrchy výrobku."

Úspory nejen materiálu

K tradiční hutní výrobě některých komponentů pro přesné strojírenství je zapotřebí třiceti a více operací. Tato technologie umožní totéž ve čtyřech pěti krocích. Jak dokládají provedená měření a testy, řadu výrobků lze až desetkrát odlehčit, přičemž vlastní materiál je dvakrát i vícekrát pevnější než ten, který vychází z hutí.
Samostatnou kapitolu pak představuje energetická náročnost, která je při použití AMS v přepočtu na zpracování 1 kg kovu desetkrát nižší. Mimochodem - ke vzniku již zmíněného a zhruba půl metru dlouhého a složitě profilovaného ramene lustru bylo třeba pouhých 50 Wh elektrické práce. A právě to přivedlo Antonína Šmída na myšlenku vytvoření hybridního slunečního kolektoru.
"Moderní pojetí techniky směřuje k jednoduchosti a úspornosti. Se vším, co k tomuto pohledu na vývoj patří," řekl Antonín Šmíd. "Velké energetické komplexy dopraví ke spotřebiteli zhruba 5 procent energie obsažené v uhlí. To je žalostně málo. V oblasti Prahy dopadá ročně na metr čtvereční v průměru 1100 kW solární energie. Měření, která jsme provedli, ukazují, že při pouhé desetiprocentní účinnosti 120 - 150 čtverečních metrů hybridních slunečních kolektorů je schopno plně pokrýt veškerou energetickou spotřebu rodinného domku. Ostatně pevně věřím, že jednou budu mít malou továrnu na výrobu produktů AMS technologií, která bude energeticky zcela soběstačná právě díky solární energii."
Navržený solární systém řeší sběr energie pomocí hybridních kolektorů ve dvou úrovňových hladinách, její krátkodobé i dlouhodobé skladování a výdej tepla prostřednictvím vody nebo výrobu energie podle potřeby uživatele. Systém pracuje ve třech až čtyřech teplotních režimech a je schopen průběžně reagovat na rozdílné požadavky jak na odběr elektrické energie, tak i tepla. Přebytky energie ukládá do kaskádovitého zásobníku, v případě jejího nedostatku sám rozhoduje o tom, odkud a v jakém množství ji odebere.
Zní to trochu jako sci-fi, ale je to realita. Alespoň ve smyslu uskutečnitelnosti celého principu. Dolaďování technických detailů a vývojem dalších prvků se dnes již také zabývají někteří odborníci z vysokých škol a vědeckých ústavů. Několik z nich založilo spolu s Antonínem Šmídem Výzkumné a vývojové centrum nových technologií, s. r. o. V prostorách "střežených" cínovými vojáčky současně probíhá základní i aplikovaný výzkum a transfer technologií.
Ing. Robert Troška z Českého komitétu pro vědecké řízení (mimochodem i člen Výzkumného a vývojového centra) k tomu poznamenal:
"Je to situace jako vystřižená z Parkinsonových zákonů - nejlepší objevy vznikají ve sklepě. Na tento systém s hybridními slunečními kolektory se už byli podívat různí experti. Od nás i ze zahraničí. Mnozí z nich přicházeli s tím, že jim předvedeme nějakou variaci na téma solární energie. Ale všichni se shodli na tom, že se zde rodí něco nového svou podstatou a pojetím."
Výzkumné a vývojové centrum nových technologií a s ním i firma Šmíd se mají co nevidět stěhovat do "důstojnějších" prostor. (Nezbývá než doufat, že Parkinsonovy zákony nebudou platit i nadále.) K dalšímu vývoji a výzkumu je přece jen nutné poněkud jiné zázemí. V každém případě to ale nic nemění na skutečnosti, že jak AMS technologie, tak hybridní sluneční kolektory představují objevy a know-how, co se nerodí každý den a které jsou originální nejen u nás, ale na celém světě.
Otázkou však také zůstává, jaký bude jejich další osud.
Petr Rampír