Έρευνα αιχμής στο Εργαστήριο Στοιχείων Μηχανών και Δυναμικής του ΕΜΠ

Άρθρο των κ. Νικόλαου Ρόγκα και Χρίστου Καλλίγερου*

Το Εργαστήριο Στοιχείων Μηχανών και Δυναμικής (MD-Lab)  –του τομέα Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ)– υπηρετεί μια σειρά από επιστημονικές περιοχές που αφορούν:

α) Την κινηματική και δυναμική ανάλυση στοιχείων και συνιστωσών μηχανών (όπως είναι λ.χ. οδοντωτοί τροχοί, συμπλέκτες κ.ά.).

β) Τη μοντελοποίηση και το σχεδιασμό συστημάτων μετάδοσης κίνησης και μεταφοράς ισχύος (π.χ. κιβώτια ταχυτήτων).

γ) Τα υδραυλικά και πνευματικά συστήματα υψηλής και χαμηλής πίεσης.

δ) Τις εφαρμογές προηγμένων υλικών σε στοιχεία μηχανών.

ε) Τον έλεγχο καλής λειτουργίας και δομικής ακεραιότητας στοιχείων μηχανών.

στ) Τον έλεγχο ποιότητας και διαστασιολογικής και γεωμετρικής ακρίβειας των κατασκευών.

Στόχος του Εργαστηρίου, κατά την αντιμετώπιση προβλημάτων μηχανολογικού σχεδιασμού, είναι η αρμονική συνύπαρξη και επικοινωνία όλων των επιμέρους κλάδων και τομέων των εμπλεκόμενων επιστημών (όπως είναι η μηχανική, η φυσική, η χημεία, η ηλεκτρολογία, η ηλεκτρονική κλπ.), υπό την εποπτεία του σχεδιαστή μηχανικού, για την επίτευξη λύσεων υψηλών απαιτήσεων που δεν καλύπτονται από εμπορικές υλοποιήσεις, και με ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση των πόρων (του κόστος και του χρόνου).

Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που παρουσιάζονται διαχρονικά σε ζητήματα σχεδιασμού είναι η αντιμετώπιση προβλημάτων που εμπίπτουν σε διαφορετικούς κλάδους φυσικών επιστημών. Και πολλές φορές, o διεπιστημονικός  χαρακτήρας (multiphysics) των προβλημάτων αυτών απαιτεί τη συνεργασία διαφορετικών ειδικοτήτων, αποτελώντας τροχοπέδη στην παραδοσιακή διαδικασία του σχεδιασμού τόσο σε επίπεδο πρωτοτύπων όσο και σε επίπεδο μαζικής παραγωγής.

Τα μέλη της ερευνητικής ομάδας του MD-Lab συμμετέχουν σε διεθνείς και εγχώριες καταξιωμένες επιτροπές και οργανισμούς, όπως είναι ο διεθνής οργανισμός προτυποποίησης (ISO), η Ευρωπαϊκή Ακαδημία Επιστημών και Τεχνών (European Academy of Sciences and Arts, Salzburg), ο Αμερικανικός Σύλλογος Μηχανολόγων Μηχανικών (American Society of Mechanical Engineers-ASME), το Αμερικανικό Ινστιτούτο Αεροναυπηγικής και Αεροδιαστημικής (American Institute of Aeronautics & Astronautics-AIAA), το Ευρωπαϊκό δίκτυο Σχεδιασμού Προϊόντων (Academic Network for Product Engineering), ο Διεθνής Οργανισμός Υπολογιστικών Μεθόδων στη Μηχανική (International Society for Computational Methods in Engineering- ISCE), η Ελληνική Εταιρεία Θεωρητικής και Εφηρμοσμένης Μηχανικής, η Ελληνική Εταιρεία Υπολογιστικής Μηχανικής, η Ελληνική Εταιρεία Βιοϊατρικής Τεχνολογίας και το Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος (ΤΕΕ).

Το MD-Lab διαθέτει πλήρη εργαστηριακό και μετρολογικό εξοπλισμό, αλλά και αυτοδύναμο μηχανουργείο, που καλύπτει τις ανάγκες για την κατασκευή πρωτοτύπων και διατάξεων.

Ειδικότερα, στον εργαστηριακό εξοπλισμό περιλαμβάνονται:

  • Ρομποτική μηχανή μέτρησης διαστάσεων CMM (τύπου DEA/ Brown & Sharpe/Mistral/PH10M/TP200 Renishaw Head, 700x700x500).
  • Δύο φορητές μετρητικές μηχανές συντεταγμένων FARO–CMM (Contact & Non-Contact-Laser camera) 6 βαθμών ελευθερίας με εργόσφαιρα 2,8m.
  • Διάταξη Goulder – Mikron μέτρησης οδοντώσεων (double flank rolling testing).
  • Διάταξη δυναμικού ελέγχου συμπλεκτών ξηράς και υγρής τριβής και φρένων δίσκων.
  • Διάταξη φωτοελαστικότητας.
  • Μονοαξονικός ηλεκτρομαγνητικός ταλαντωτής τύπου Derritron.
  • Πλήρες υδραυλικό σύστημα υψηλής ισχύος.
  • Πρωτότυπη διάταξη ελέγχου φθοράς υλικών («pin on disk», «disk on disk», «block on ring», «ball on flat»).
  • Πέντε τρισδιάστατοι εκτυπωτές (με τεχνολογίες SLA, DLP, FDM).
  • Λογισμικά CAD/CAM/CAE, «in house» κώδικες και προγράμματα προσομοίωσης στοιχείων μηχανών.

Το μηχανουργείο διαθέτει:

  • Κέντρο 3 αξόνων OKUMA MX-45VAE.
  • Ηλεκτροδιάβρωση βύθισης (EDM – Charmilles – NC).
  • Συμβατικό τόρνο τύπου TOS.
  • Συμβατική καλουπόφρεζα τύπου TOS.
  • Συμβατικά δράπανο και πλάνη.
  • Μετρολογικό εξοπλισμό.

Επιπροσθέτως, το Εργαστήριο δραστηριοποιείται στο χώρο που σχετίζεται με την ανάληψη και διεκπεραίωση επιστημονικών έργων χρηματοδοτούμενων από εθνικούς και κοινοτικούς πόρους.

Την πενταετία 2015-2020 έχει συμμετάσχει σε περισσότερα από είκοσι έργα συνολικού προϋπολογισμού πάνω από 4,5 εκ. ευρώ, σε συνεργασία με καταξιωμένες εταιρείες και οργανισμούς που δραστηριοποιούνται σε Ελλάδα και εξωτερικό, όπως με το CERN, τη ΔΕΗ, την «Toyota Europe», την «Τιτάν Α.Ε.», τη «Sika Hellas ABEE», την «Elval Colour», την «Bosch – Rexroth», τη «Sabo SA», τη «Μicrel Medical Devices SA» και τουλάχιστον 20 ακόμα ανερχόμενες εταιρείες.

Μάλιστα, ένα από τα τρέχοντα ερευνητικά προγράμματα του MD-Lab έχει χαρακτηριστεί από την Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ) ως εμβληματικό έργο. Πρόκειται για το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή κονιαμάτων για την εκτύπωση κτιρίων πραγματικής κλίμακας, ένα πρόγραμμα το οποίο υλοποιείται στο πλαίσιο της δράσης «Ερευνώ – Δημιουργώ – Καινοτομώ» του ΕΣΠΑ 2014-2020 και σε συνεργασία με τις εταιρείες «Τιτάν Α.Ε.» και «Sika Hellas ABEE» .

Ιστορικό

Το Εργαστήριο Στοιχείων Μηχανών και Δυναμικής (MD-Lab) (http://www.mdlab.mech.ntua.gr/) του τομέα Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ) ιδρύθηκε το 1941 και αποτελεί ένα από τα παλαιότερα και πιο ιστορικά εργαστήρια και της Σχολής.

Το Εργαστήριο την τελευταία δεκαετία βρίσκεται υπό την καθοδήγηση του καθηγητή ΕΜΠ κ. Χριστόφορου Προβατίδη και του αναπληρωτή καθηγητή ΕΜΠ κ. Βασίλειου Σπιτά, ενώ η  ερευνητική ομάδα του αποτελείται κυρίως από διπλωματούχους μηχανολόγους μηχανικούς που ειδικεύονται στη μελέτη και στο σχεδιασμό μηχανών, στις κατασκευές, καθώς και στην ανάπτυξη πρωτότυπων μεθόδων για την αντιμετώπιση ειδικών φαινομένων και προβλημάτων.

Ειδικότερα, η ομάδα περιλαμβάνει εννέα ενεργούς υποψήφιους διδάκτορες, πάνω από είκοσι μεταπτυχιακούς και προπτυχιακούς φοιτητές, καθώς και καταρτισμένο ειδικό τεχνικό προσωπικό (μηχανουργούς, χειριστές μηχανών, ηλεκτρονικούς κ.ά.).

Όσον αφορά τη συνεισφορά του Εργαστηρίου στο πρόγραμμα σπουδών της Σχολής Μηχανολόγων του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, το Εργαστήριο είναι υπεύθυνο για τη διδασκαλία σημαντικών μαθημάτων, που είναι τα εξής:

  • «Στοιχεία Μηχανών Ι & ΙΙ».
  • «Αρχές Μηχανολογικού Σχεδιασμού».
  • «Ανυψωτικά & Μεταφορικά Συστήματα».
  • «Υδραυλικά & Πνευματικά Συστήματα».
  • «Διοίκηση Λειτουργίας & Συντήρησης» (σε προπτυχιακό επίπεδο).
  • «Ηλεκτρομηχανολογικές Μελέτες» (στα πλαίσια του Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών «Συστήματα Αυτοματισμού»).

Η ερευνητική δραστηριότητα του Εργαστηρίου αναδεικνύεται διαρκώς μέσα από τη δημοσίευση εργασιών σε έγκριτα διεθνή επιστημονικά περιοδικά και τη συμμετοχή σε διεθνή συνέδρια πλήρους κρίσης.

Υπό την εποπτεία των κ. Προβατίδη και Σπιτά δημοσιεύονται περισσότερες από 10 εργασίες κάθε χρόνο σε περιοδικά που αφορούν επιστημονικά πεδία όπως είναι:

  • Μηχανισμοί και στοιχεία μηχανών.
  • Μεταδόσεις ισχύος.
  • Σύνθετα υλικά.
  • Μετρολογία.
  • Αντίστροφος σχεδιασμός.
  • Ταλαντώσεις κ.ά.

 

Έργα μηχανολογικού σχεδιασμού

Πολλά είναι τα έργα μηχανολογικού σχεδιασμού που έχουν εκπονηθεί στο παρελθόν ή υλοποιούνται την τρέχουσα περίοδο. Μερικά από αυτά που έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί είναι:

  • Πρωτότυπο αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων πολλαπλών συμπλεκτών υγρής τριβής, γρήγορης και ομαλής αλλαγής σχέσης μετάδοσης.
  • Πλανητικό συστήμα μετάδοσης κίνησης υπερυψηλής ακρίβειας με χρήση κεραμικών υλικών.
  • Μηχανή λειοτρίβησης μαζικής παραγωγής ελεγχόμενης κοκκομετρίας.
  • Πλάκα τράπεζας ταλαντώσεων (εικόνα 2) για την πραγματοποίηση 1d δυναμικών πειραμάτων.
  • Πρωτότυπος εκτονωτής τύπου scroll (εικόνα 3).
  • Μηχανή εμποτισμού ινών σε πλαστική μήτρα (σύνθετα υλικά).
  • Πλατφόρμα ανύψωσης δέκα μετρικών τόνων στο πλαίσιο συνεργασίας με το CERN (εικόνα 4).
  • Πρωτοποριακή πλατφόρμα συσκευών χορήγησης φαρμάκων για συνδυαστική χρήση με εξειδικευμένα φάρμακα (εικόνα 5).

*Οι κ. Νικόλαος Ρόγκας και Χρίστος Καλλίγερος είναι διπλωματούχοι μηχανολόγοι μηχανικοί ΕΜΠ, καθώς επίσης επιστημονικοί συνεργάτες του Εργαστηρίου Στοιχείων Μηχανών και Δυναμικής του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.

 

Ελέγξτε επίσης

Η χρήση της ηλεκτροπρόωσης στα πλοία.

Άρθρο του Νικόλαου Σ. Κορακιανίτη* Η αύξηση της παγκόσμιας ζήτησης για φιλικά προς το περιβάλλον …