Przemysł coraz bardziej zainteresowany testami przyspieszonego starzenia
Coraz więcej produktów i materiałów przed wprowadzeniem na rynek przechodzi testy oceniające proces starzenia. Nie są to jednak badania komputerowe, ale testy rzeczywiste, podczas których naukowcy są w stanie w ciągu kilkudziesięciu dni odtworzyć czynniki, na jakie narażony będzie dany produkt nawet przez 10 lat cyklu życia. Często sprawdzają jego żywotność w ekstremalnych warunkach pogodowych. Tak zwane testy przyspieszonego starzenia pozwalają przykładowo sprawdzić, jak zachowa się karoseria samochodu wystawionego latami na działanie słońca czy deszczu albo satelita wysyłany na orbitę. Takie badania przeprowadzają polscy naukowcy z warszawskiego Instytutu Tele- i Radiotechnicznego, którzy mają na koncie współpracę m.in. z Europejską Agencją Kosmiczną.
– Testy przyspieszonego starzenia są to testy, które odwzorowują warunki, jakim może zostać poddany produkt podczas cyklu życia. Mogą one odwzorowywać warunki temperaturowe, wilgotnościowe, jak również inne warunki, które wpływają na jakość i działanie danego produktu – mówi agencji Newseria Biznes Marek Kościelski, kierownik Laboratorium Badania Jakości Jakości i Wzorcowania Wyrobów Elektronicznych w Łukasiewicz-ITR.
Każdy produkt, zanim trafi na rynek, musi zostać odpowiednio zaprojektowany i przetestowany. Ten etap jest bardzo ważny, ponieważ dostarcza informacji np. o tym, jakich materiałów użyć do jego produkcji, a jakich unikać. Zespoły kontroli jakości i badawczo-rozwojowe nie mogą jednak miesiącami czekać, żeby sprawdzić, jak zachowa się produkt wystawiony na długotrwałe działanie słońca czy wysokiej temperatury. Ten proces można jednak odtworzyć sztucznie – w ramach testów przyspieszonego starzenia. Pozwalają one w ograniczonym czasie odtworzyć takie ekstremalne warunki i sprawdzić, jak dany produkt (albo materiał do jego produkcji) może zachować się po upływie miesięcy, a nawet lat.
– Testy przyspieszonego starzenia są wykorzystywane do badania jakości wyrobów. Mogą zostać przeprowadzone zarówno już na początkowym etapie projektowania, jak i do sprawdzania jakości wyrobu docelowego. Stosujemy je w bardzo wielu branżach – od samochodowej po bardziej egzotyczne, jak np. sektor kosmiczny – wymienia Marek Kościelski. – W ten sposób można testować różne produkty – zaczynając od prototypów, a kończąc na gotowych wyrobach. Można też testować części składowe albo podzespoły danego produktu.
W warunkach laboratoryjnych można odwzorować długotrwałe działanie bardzo wielu czynników, np. promieniowania UV, lamp ksenonowych czy wysokiej wilgotności, a specjalne rozpylacze pozwalają zasymulować deszcz i rosę. Do badań wykorzystywane są też specjalne komory klimatyczne, w których można odtworzyć temperatury od -70 do +180 stopni Celsjusza. Komory szoków termicznych pozwalają z kolei zasymulować bardzo gwałtowne skoki temperatury w ciągu kilku sekund. Różne ekstremalne warunki można łączyć, sprawdzając, czy i jak dany produkt będzie działał po latach użytkowania.
– Dysponujemy też komponentami klimatycznymi, które dają możliwość wykonywania testów w określonych warunkach wilgotnościowych – od 5 proc. właściwie do kondensacji pary wodnej – wyjaśnia ekspert Instytutu Tele- i Radiotechnicznego – Sieci Badawczej Łukasiewicz.
Testy przyspieszonego starzenia są regulowane normami i przepisami, ale w praktyce producenci często sami układają algorytmy narażeń i badań próbek, bazując na swoim doświadczeniu. Z takich badań najczęściej korzysta branża automotive, np. po to, żeby sprawdzić, jak zachowa się karoseria samochodu wystawionego latami na działanie słońca czy deszczu. W praktyce testom przyspieszonego starzenia można jednak poddać właściwie każdy produkt.
– Każdy test jest dostosowany do warunków, jakie będą oddziaływać na dany produkt podczas jego działania. Na początku ustalany jest schemat narażeń, czyli warunki temperaturowe i wilgotnościowe. Następnie produkt jest umieszczany w komorze i ustalamy czas oddziaływania danego narażenia – mówi Marek Kościelski.
W warszawskim Instytucie Tele- i Radiotechnicznym, który prowadzi badania nad wysoko rozwiniętymi technologiami i rozwiązaniami dla przemysłu 4.0, od wielu lat prowadzone są testy przyspieszonego starzenia np. dla elektroniki automotive, branży lotniczej czy kosmicznej. Naukowcy z Łukasiewicz-ITR mają na koncie projekty realizowane m.in. z Europejską Agencją Kosmiczną. Ich doświadczenie i zaplecze instytutu pozwalają na przeprowadzenia nawet bardzo skomplikowanych testów, np. trwających 1–2 tys. godzin, co odpowiada 40–80 dniom. W tym czasie można zasymulować eksploatację produktu trwającą nawet do 10 lat. Naukowcy z Łukasiewicz-ITR są też wspomagani najnowszymi urządzaniami badawczymi, takimi jak np. aparaty RTG, mikroskopy elektronowe, mikroskopy cyfrowe i metalograficzne czy spektroskopy rentgenowskie.
– Wiele testów przeprowadza się z wykorzystaniem komputerów i modelowania, jednak nie odwzorowują one badań w rzeczywistych warunkach i uzyskane w nich wyniki są tylko tak dobre jak zastosowany model. Natomiast w przypadku testów rzeczywistych badaniom są poddawane te produkty, które później będą używane w codziennym życiu. Takie testy są bardzo skuteczne, bo uzyskane w ten sposób wyniki pokazują, czy dany produkt utrzyma swoje właściwości podczas całego cyklu życia – zapewnia kierownik Laboratorium Badania Jakości Jakości i Wzorcowania Wyrobów Elektronicznych w Łukasiewicz-ITR.
