Czy materiały ścierne mogą być sexy? – czyli krótka historia technologii ziaren ściernych Cubitron™ II.

Piotr Stach jest polskim naukowcem firmy 3M, który pracował nad wprowadzeniem na światowe rynki kilkunastu produktów wykonanych w rewolucyjnej technologii ziaren ściernych Cubitron™ II. W rozmowie opowiada jak doszło do powstania Cubitronu™ II, czym różni się od innych ziaren ściernych dostępnych na rynku oraz nad czym obecnie pracują naukowcy 3M zajmujący się rozwojem narzędzi ściernych.

Kiedy po raz pierwszy miałeś okazję zetknąć się z nazwą Cubitron™?

Z tą nazwą pierwszą styczność miałem w 2005 roku, kiedy pracowałem w spółce Unifam, przejętej potem przez 3M. Właśnie wtedy wspólnie z korporacyjnym naukowcem Markiem Schwabelem zaprojektowałem jeszcze w technologii Cubitron™ I pierwszą ściernicę do cięcia o grubości 1mm produkowaną w ramach koncernu 3M. W 2006 roku zaczęliśmy pracę nad wdrażaniem produktów w tej technologii.

A rok później zaczęły się już prace nad jej unowocześnieniem.

Wiąże się z tym zabawna historia. W 2007 roku prezydent 3M podczas jednego ze spotkań zadał pytanie obecnemu wiceprezydentowi firmy odpowiedzialnemu za Dywizję Materiałów Ściernych – „Dlaczego materiały ścierne nie mogą być sexy?”. Kilka tygodni później dyrektorzy produkcji i marketingu spotkali się z korporacyjnymi naukowcami w Stanach na czele ze Scottem Cullerem. I zaczęli myśleć co zrobić, by technologia ziaren ściernych, którą już znamy była jeszcze lepsza i bardziej „przestępna”. I tak powstał projekt – Cubitron™ II.

Do jakich wniosków doszli naukowcy?

Cały zespół stwierdził, że kluczowym krokiem w rozwoju materiałów ściernych będzie stworzenie precyzyjnie kształtowanego minerału. Do tej pory technologie, które były używane potrafiły kształtować ziarno ścierne, natomiast ten kształt był bardzo nieregularny – często kanciasty, wydłużony. Naukowcy 3M postawili sobie za cel stworzenie ziarna, które będzie miało powtarzalny kształt a jego ułożenie jako materiału nasypowego będzie miało charakterystyczny wpływ na proces szlifowania.

W jaki sposób udało się to zrobić?

Praca w 3M to nieograniczone możliwości badawcze i pole do wszelkiego rodzaju eksperymentów. Poprzez nasze platformy technologiczne, proces sol-gel i proces mikroreplikacji udało się w końcu stworzyć wyjątkowe trójkątne ziarno ścierne, które powielane miało takie same wymiary i właściwości. Ich produkcje można porównać do tworzenia kostek lodu w lodówce – wlewamy wodę do matrycy, zamrażamy i każda kostka z niej wyjęta jest taka sama. Z tą różnicą, że takie ziarno krystalizuje w bardzo wysokich temperaturach. Do tej pory nie było takiej technologii na świecie

Co zmieniała nowa technologia?

Przede wszystkim dała kontrolę ułożenia ziarna podczas pracy. Taki kształt zastosowany w narzędziu ściernym umożliwiał już nie szlifowanie, a mikro-skrawanie. Różniło się to od szlifowania tym, że zwykłe ziarno w materiale zdziera powierzchnię. Z kolei końcówki ziarna Cubitron™ II dzięki trójkątnemu kształtowi odłamują się podczas szlifowania, dając nowe ostre krawędzie i usuwając obrabiany materiał bez uszkodzeń. Dodatkowo, praca z tym ziarnem odbywała się w zdecydowanie niższej temperaturze. Ciepło wytwarzane podczas szlifowania było odprowadzane bezpośrednio z tzw. mikrowiórami, co w znacznym stopniu zmniejsza ryzyko przegrzania narzędzi i przypalenia materiału obrabianego. Ma to szczególne znacznie np. przy obróbce stali nierdzewnej, gdzie trzeba uważać, żeby pod wpływem wysokich temperatur taka stal nie straciła swoich właściwości.

Kiedy po raz pierwszy wprowadzono Cubitron™ II na rynek?

W 2009 roku w Stanach Zjednoczonych pojawił się jeden z pierwszych produktów na bazie precyzyjnie kształtowanego ziarna - dysk fibrowy (982C). Bardzo dobre przyjęcie produktu i technologii skłoniło nas do rozważań. Jeżeli to ziarno ścierne dobrze sprawdza się na płótnach ściernych to czy tak samo będzie w ściernicach spojonych, takich jak tarcze do cięcia i szlifowania. Pracę nad zastosowaniem ziarna ściernego Cubitron™ II powierzono mojemu zespołowi w 2010 roku.

Na czym polegała Twoja praca?

Przeprowadziłem specyficzne analizy – obserwację mikroskopową, badałem strukturę i powierzchnię ziarna. Nie było to proste zadanie. Każda ściernica składa się z 10-11 składników, gdzie zasadniczym nośnikiem wydajności jest ziarno ścierne. Oprócz niego w ściernicy występuje jeszcze żywica ciekła i proszkowa, pigmenty, wypełniacze, czy też siatka wzmacniająca, która ma na celu utrzymać całą strukturę ściernicy podczas eksploatacji przy wysokich prędkościach obwodowych. Te wszystkie elementy musiały się „spajać” już w ściernicy, by jak najlepiej eksponować wydajność ziarna ściernego.

Ile trwały badania?

Po około roku prac doszliśmy do takiej receptury, która dawała nam przełomowe wyniki. W praktyce oznaczało to wydłużenie żywotności ściernicy nawet do 7-8 razy i skrócenie czasu obróbki ściernej o połowę. Od 2-5 razy zwiększyła się również wydajność podczas szlifowania. Jest to o tyle istotne, że praca materiałami ściernymi w przemyśle to często 7-8 godzin ciężkiego szlifowania w jednej pozycji.

A jak nowa technologia przekładała się na komfort pracy?

Równomierne ułożenie precyzyjnie kształtowanych ziaren sprawiało, że szlifierz nie musiał tak dociskać szlifierki, żeby obrabiać równie wydajnie element metalowy. Mniejszy docisk, to mniej siły, mniej wibracji i przyjemniejsza, a jednocześnie szybsza praca.

W ilu produktach stosowana jest obecnie technologia ziaren ściernych w Cubitron™ II?

Po 2010 roku nastąpiła fala ekspansji używania tych ziaren do produkcji wszelakiego rodzaju narzędzi ściernych wytwarzanych w naszej firmie. Obecnie w każdym segmencie naszych narzędzi ściernych jest używane precyzyjnie kształtowane ziarno. Mówimy tu przede wszystkim o narzędziach ściernych nasypowych, spojonych czy strukturalnych jak Scotch-Brite™. Łącznie daje to około kilkudziesięciu różnych produktów w nieograniczonej formie czy wymiarach.

A kiedy po raz pierwszy produkty, nad którymi pracowałeś wyszły na rynek?

W październiku 2012 roku pierwsze rozwiązania opracowane przez zespół projektowy pojawiły się na rynku amerykańskim. Była to dla nas ogromna duma że mogliśmy projektować i produkować narzędzia ścierne jako pierwsi w ramach naszego koncernu. W 2013 technologia narzędzia ścierne spojone jak i nasypowe tzw. lamelki Cubitron™ II pojawiły się w Europie, także w Polsce. Strategia dywizji była taka, żeby używać tego ziarna w jak najszerszej gamie produktów. W 2014 roku otrzymaliśmy za naszą pracę nagrodę korporacyjną „Golden Step” przyznawaną dla projektów, których sprzedaż na całym świecie w trzecim roku od wprowadzenie produktu to minimum 20 milionów dolarów. Był i jest to ogromny sukces polskiej myśli technicznej, i zaangażowania wielu osób w pracę nad technologią. Znacznie poprawia ona jakość pracy spawalników, szlifierzy i wszystkich tych, którzy na co dzień obcują z materiałami czy narzędziami ściernymi.

Czy pracujecie już nad Cubitronem™ III?

Dzień bez prób jest dniem straconym. Więc można mówić że każdy dzień w pracy w dziale R&D to badania nad nową generacją narzędzi ściernych. Współpracujemy z zespołami z USA, Austrii, Japonii i Korei nad nową generacją narzędzi ściernych przez cały czas. Przede wszystkimi koncentrujemy się nad tym, by nowa technologia, poprzez redukcję niektórych składników w ściernicy, w jak najmniejszy sposób wpływała na środowisko. Oczekiwania konsumentów są bardzo wysokie – chcą, żeby ściernica zużywała się jeszcze wolniej, pracowała szybciej i coraz wydajniej. Pracujemy nad tym, by im sprostać.