Επαγγελματικες προοπτικες
στο επιστημονικο πεδιο
της μεταλλουργιασ και
της Επιστημης των Υλικων
Συνοπτικα
Οι ανθρώπινες κοινωνίες διαχρονικά στηρίχθηκαν στην αξιοποίηση των πρώτων υλών και στη χρήση των υλικών. Με την πάροδο των ετών και την ανάπτυξη των επιστημών, των μεθόδων κατεργασίας και μορφοποίησης υλικών, η μελέτη των ιδιοτήτων και της δομής μετάλλων - κραμάτων συνδέθηκε με τις ιδιότητες των υλικών. Στις ημέρες μας τα υλικά εξελίσσονται διαρκώς και αποκτούν ολοένα και περισσότερη σημασία.
Οι αυξανόμενες απαιτήσεις για υλικά σε όλο το φάσμα του τεχνολογικού μας κόσμου καθιστούν απαραίτητη την ενδελεχή γνώση της δομής και των ιδιοτήτων των υλικών, των μεθόδων παραγωγής - κατεργασίας, αλλά και της συμπεριφοράς των υλικών έναντι όλων των συνθηκών λειτουργίας τους, καθώς και της αντοχής τους έναντι διάβρωσης, στατικών, δυναμικών και κάθε λογής καταπονήσεων.
Η Μεταλλουργική Βιομηχανία στην Ελλάδα αναπτύχθηκε παράλληλα με την Μεταλλευτική δραστηριότητα στην προσπάθεια αξιοποίησης των ορυκτών πρώτων υλών και την κάλυψη συγκεκριμένων αναγκών της Κοινωνίας. Με την εδραίωση της Μεταλλουργικής Βιομηχανίας η προσοχή στράφηκε και στη Μεταποίηση. Ως εκ τούτου, η βιομηχανική δραστηριότητα δεν περιορίστηκε στην παραγωγή ημιτελών προϊόντων από βασικά μέταλλα (σίδηρο, αλουμίνιο και χαλκό), αλλά προχώρησε και στην διαμόρφωση μεταλλικών και μη-μεταλλικών υλικών, τελικών προϊόντων, όπως σωλήνες, ράβδοι, οπλισμός σκυροδέματος, αγωγοί, καλώδια, σύρματα κ.α. βιομηχανικά προϊόντα. Επιπλέον, προϊόντα για την μικρο-ηλεκτρονική, καθώς και οι κατηγορίες των μη-μεταλλικών υλικών, όπως είναι τα πλαστικά, τα πολυμερή, τα σύνθετα υλικά κ.α. βρήκαν πληθώρα εφαρμογών και στην Ελλάδα.
Aπό τις κατασκευές, στα αυτοκίνητα, τα τρένα, τα καράβια και τα αεροπλάνα, από τα μαγειρικά σκεύη, τις κατσαρόλες, τα μαχαιροπίρουνα και τις λευκές συσκευές ως τα κινητά, ο κόσμος στηρίζεται στις ορυκτές πρώτες ύλες, στα μέταλλα και στα κράματα, στα υλικά.
Η Επιστήμη των Υλικών, η Μεταλλουργία και η ανακύκλωση πρώτων υλών και η επαναχρησιμοποίηση, η περιβαλλοντική προστασία, καθώς και ο σχεδιασμός υλικών και κατεργασιών προσαρμοσμένες στις εκάστοτε εφαρμογές αποτελούν τις προκλήσεις του μέλλοντος για έναν Μεταλλουργό Μηχανικό, έναν Μηχανικό Υλικών.
Στην Ελλάδα κάθε Διπλωματούχος Μηχανικός της Σχολής Μ.Μ.-Μ. μετά την απόκτηση άδειας άσκησης επαγγέλματος από το Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος (ΤΕΕ), δύναται να απασχολείται επαγγελματικά στον ιδιωτικό και δημόσιο τομέα, εφόσον συντρέχουν οι προϋποθέσεις που προβλέπονται από ειδικές διατάξεις, στους εξής τομείς δραστηριοτήτων:
· Μονάδες κατεργασίας και μορφοποίησης μετάλλων και κραμάτων, όπως χαλυβουργεία, χυτήρια, σωληνουργίες, επιμεταλλωτήρια, ελασματουργεία, μηχανουργεία και άλλα.
· Μονάδες παραγωγής και επεξεργασίας μεταλλουργικών κόνεων, σύνθετων και άλλων υλικών (για παράδειγμα ηλεκτρονικών, μαγνητικών, υπεραγώγιμων και άλλων).
· Μονάδες παραγωγής και διαχείρισης πρωτογενούς ενέργειας.
· Εργασίες συγκολλήσεων μετάλλων, καθώς και στον έλεγχο ποιότητας αυτών σε βιομηχανίες, ναυπηγεία, μεταλλικές κατασκευές και άλλα.
· Μονάδες παραγωγής πυρίμαχων υλικών, κεραμικών προϊόντων και προϊόντων υάλου.
· Μονάδες παραγωγής τσιμέντου, μονωτικών και πληρωτικών υλικών, κονιαμάτων, όπως γύψος και άλλα.
· Εργασίες καθαρισμού και προετοιμασίας μεταλλικών ή μη μεταλλικών επιφανειών (αμμοβολή, ψηγματοβολή, υδροβολή και άλλα) καθώς και στην προστασία αυτών από τη διάβρωση.
· Εργασίες μη καταστρεπτικών ελέγχων σε μέταλλα και κράματα, μεταλλικά προϊόντα, διακοσμητικούς λίθους, μεταλλικές κατασκευές, οπλισμούς και άλλα.
Αντίστοιχα, Μηχανικοί Ορυκτών Πόρων και Μηχανικοί Υλικών, απόφοιτοι άλλων ελληνικών Πανεπιστημίων δύναται να απασχολούνται σε αντίστοιχες δραστηριότητες με βάση το Πρόγραμμα Σπουδών του εκάστοτε Τμήματος ή Σχολής και τα επαγγελματικά δικαιώματα, τα οποία απορρέουν από τις σχετικές συμφωνίες μεταξύ του Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδος και των Επαγγελματικών Κλαδικών Συλλόγων.
1 Η σπουδαιΟτητα της εξΕλιξης των ΥλικΩν για τη βαριΑ ΒιομηχανΙα σε ΕλλΑδα&ΕυρΩπη. Οι προοπτικΕς
Η Φυσική Μεταλλουργία είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τη Μεταποιητική Βιομηχανία. Έτσι, η Μεταλλουργία, πέραν της εξαγωγικής εστιάζει στη φυσική Μεταλλουργία, δηλαδή στην επιστήμη και στην τεχνολογία των μετάλλων και των κραμάτων, καθώς και των κατεργασιών τους, στην παραγωγή προϊόντων, αλλά και στην αξιοποίηση αυτών, πιθανών παραπροϊόντων από την παραγωγή τους ή/και την ανακύκλωσή τους. Η κύρια δραστηριότητα αφορά στην παραγωγή των βασικών μετάλλων και κραμάτων, στην κραμάτωση, στις κατεργασίες (έλαση, διέλαση, σφυρηλάτηση), στις επικαλύψεις, στις συνδέσεις και συγκολλήσεις, στη συμπεριφορά κατά τη λειτουργία και αυτή έναντι στατικών, δυναμικών καταπονήσεων και διάβρωσης, καθώς και στη συμπεριφορά κάτω από αντίξοες συνθήκες. Όλες αυτές οι δραστηριότητες καλύπτουν το 46% του συνολικού ποσοστού της μεταποίησης και 11% του συνολικού ακαθάριστου προϊόντος (total gross domestic product - GDP) της Ευρωπαϊκής Ένωσης.
Τα μέταλλα, η τέχνη, η τεχνολογία και οι κατεργασίες τους ονομάτισαν ολόκληρες περιόδους της ανθρωπότητας (εποχή χαλκού, σιδήρου). Στη σημερινή εποχή η τεχνολογία υλικών έχοντας αρωγό τις σύγχρονες επιστημονικές τεχνικές έχει εξευγενιστεί και με την παρούσα στάθμη της γνώσης συμβάλει καθοριστικά στα άλματα της κοινωνίας. Καθώς οι κατεργασίες υλικών εν γένει έχουν περιβαλλοντικό αντίκτυπο, γίνεται επίσης κατανοητή η σπουδαιότητα του κατάλληλου σχεδιασμού με γνώμονα την προστασία του περιβάλλοντος.
Η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών, η διείσδυση των αναλυτικών τεχνικών απεικόνισης της μικροδομής και της νανοδομής, της ανάλυσής της, καθώς και οι σύγχρονες τεχνικές μεταποίησης και κατεργασιών οδηγούν σε βελτιστοποίηση της εφαρμογής των υλικών σε πληθώρα κλάδων. Από τις ορυκτές πρώτες ύλες και τον μακρο-κοσμο φτάνουμε σήμερα να ελέγχουμε τον μικρόκοσμο και τον νανόκοσμο αναπτύσσοντας υλικά σε νανοκλίμακα για πληθώρα εφαρμογών. Ο συνδυασμός σήμερα των διεργασιών και των κατεργασιών για την παραγωγή προϊόντων με εξαιρετικές ιδιότητες για δύσκολες, αντίξοες, ειδικές και γενικές εφαρμογές είναι το ζητούμενο για το μέλλον. Δεν είναι μόνο ο κλάδος των κατασκευών, της ναυπηγικής, της αεροναυπηγικής, της αυτοκινητοβιομηχανίας, των ηλεκτρονικών, της βιοϊατρικής που έχουν αποκτήσει ενδιαφέρον, αλλά και βιομηχανικών κλάδοι όπως:
· Οι μεταφορές - Transport sector (Surface, Marine, Aerospace):
Ζητούμενα είναι η αποδοτική ανακύκλωση με στόχο την ανακύκλωση άνω του 95% και οι ελαφριές κατασκευές για τη μείωση των εκπομπών των ΑτΘ (Αερίων του Θερμοκηπίου – το 2020 στόχος της Ε.Ε. είναι τα αυτοκίνητα να μην εκπέμπουν περισσότερα από 95g CO2/χλμ.), τη βελτίωση της απόδοσης, την ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης καυσίμου ή ενέργειας εν γένει. Περαιτέρω, έμφαση δίνεται στην ανάπτυξη κραμάτων με αντοχές σε απαιτητικές συνθήκες, όπως πολύ χαμηλές ή πολύ υψηλές θερμοκρασίες, υψηλές πιέσεις λειτουργίας κ.α., όπως και στην ανάπτυξη υλικών εμπνευσμένων από τη φύση. Τέλος, έμφαση δίνεται στην ποιότητα και αντοχή των τελικών προϊόντων, οπότε και απαιτούνται τροποποιήσεις στις επιφάνειες, στις διεπιφάνειες των υλικών, αλλά και στα ίδια τα υλικά, ώστε αυτά να αντέχουν σε θαλάσσιο, σε διαβρωτικό περιβάλλον και σε μηχανική διάβρωση (erosion/corrosion) με σκοπό τη συνολική αύξηση της ωφέλιμης διάρκειας ζωής κατά τη λειτουργία (increase of the in-service life). Μάλιστα τα αντιδιαβρωτικά και λοιπά υλικά, που θα χρησιμοποιούνται θα πρέπει να συμμορφώνονται με τον κανονισμό της Ε.Ε. «REACH» για τις χημικές ουσίες.
· Οι κατασκευές – Construction sector
Έμφαση δίνεται στα ακόλουθα:
- Μηχανικές αντοχές και σταθερότητα (Mechanical Resistance and Stability)
- Πυρανθεκτικότητα (Safety in case of Fire)
- Υγιεινή, Ασφάλεια και Περιβάλλον (Hygiene, Health and the Environment)
- Ασφάλεια κατά τη χρήση (Safety in Use)
- Προστασία από την Ηχορύπανση (Protection against Noise)
- Οικονομία ενέργειας και αξιοποίηση της θερμότητας (Energy Economy and Heat Retention)
· Ο τομέας των καταναλωτικών προϊόντων (Consumer Goods Sector):
Εμφανίζει ευκαιρίες ανάπτυξης επιφανειακών κατεργασιών (tailored surface treatments), τη χρήση «έξυπνων» υλικών συμπεριλαμβανομένων των κραμάτων μνήμης σχήματος και αυτοϊάσιμων επικαλύψεων και υλικών εν γένει (smart materials including shape memory alloys, and self- repairing materials). Με τη χρήση προσομοίωσης διεργασιών (Through Process Modeling -TPM) θα εξασφαλιστεί ο σχεδιασμός υλικών με γνώμονα την γνώση ενώ παράλληλα θα βελτιστοποιηθεί ολόκληρη η αλυσίδα παραγωγής με τελικό σκοπό την βελτίωση της απόδοσης, του κόστους, της αξιοπιστίας και της ποιότητας (knowledge-based material design and optimization of the entire supply chain leading to improvement of performance, costs, reliability and quality.)
· Ο τομέας μικροηλεκτρονικής - Electronics Sector
Η διαρκής τάση σμίκρυνσης των προϊόντων προσφέρει νέες προοπτικές για την Ευρώπη να προαγάγει τις κατασκευές από μικρο- σε νανο- ηλεκτρονική με την κατάλληλη χρήση των μετάλλων και κραμάτων.
· Ο τομέας της Ενέργειας - Energy Sector
Η διαρκής αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας προσφέρει τεράστιες δυνατότητες βελτίωσης των θερμοδυναμικών διεργασιών με στόχο την αύξηση της απόδοσης ενέργειας. Οι καινοτομίες στη φυσική μεταλλουργία και στην επιστήμη των υλικών θεωρούνται απόλυτα απαραίτητες για την επίτευξη υψηλότερων θερμοκρασιών λειτουργίας.
Επιπλέον, μια σημαντική ευκαιρία αναδύεται. Αυτή της αντιμετώπισης αντίξοων συνθηκών στη λειτουργία (harsh operating conditions) με υλικά, τα οποία θα προέρχονται από την κονιομεταλλουργία (powder metallurgy). Υλικά σε στρώσεις ή με επιστρώσεις/επικαλύψεις μπορούν να φέρουν τα υπάρχοντα υλικά στο κατάλληλο επίπεδο. Επιπλέον, με τη χρήση κονιομεταλλουργίας και σύγχρονων τεχνικών κατεργασίας όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση, γίνονται εφικτή η παραγωγή/κατασκευή προϊόντων σύνθετης/πολύπλοκης γεωμετρίας.
· Ο Τομέας Εργαλείων - Tooling Sector
Νέα υλικά απαιτούνται για τα εργαλεία διαμόρφωσης και κοπής με γνώμονα την παράταση της λειτουργίας των εργαλείων, την χρήση τους σε απαιτητικότερες εφαρμογές. Συμπεριλαμβάνεται ανάπτυξη εστιασμένη στην εκάστοτε εφαρμογή, όπως ειδικές θερμικές κατεργασίες, σύνδεση μικροδομής-ιδιοτήτων για την ακριβή επίτευξη μηχανικών ιδιοτήτων όπως η σκληρότητα, η αντοχή στη θραύση, στην κόπωση, η χημική σταθερότητα, όπως και αυτή έναντι θέρμανσης ή θερμικών σοκ κ.α.. Απαιτούνται νέες κατεργασίες με χρήση νέων εργαλείων, πολλές φορές πολύ εκλεπτυσμένες.
Πηγή: Metallurgy made in and for Europe; The Perspective of Producers and End-Users Roadmap, ISBN 978-92-79-43310-8, doi 10.2777/11914, © European Union, 2014
Από τα παραπάνω γίνεται κατανοητό ότι η Επιστήμη και Τεχνολογία των Υλικών προσφέρει σημαντικές ευκαιρίες στο εγγύς μέλλον για τη διεύρυνση της κλασικής Μεταλλουργίας λαμβάνοντας υπόψη σημαντικές τάσεις και ζητήματα, που αφορούν στην οικονομία, την ενέργεια, το περιβάλλον και τις κοινωνικές απαιτήσεις. Η Φυσική Μεταλλουργία και η Τεχνολογία των Υλικών απαντά σε συγκεκριμένες απαιτήσεις της Κοινωνίας. Για το λόγο είναι καθοριστικής σημασίας η δυνατότητά μας να αφουγκραστούμε τις τάσεις του μέλλοντος, να αναλύσουμε την παρούσα κατάσταση και να σχεδιάσουμε τις μελλοντικές μας κινήσεις με έμφαση στη γνώση. Επομένως, οφείλουμε να παρακολουθούμε τις τάσεις στις Κοινωνίες, στην Πολιτική, στην Αγορά.
Οι καθοριστικές τάσεις για το μέλλον, στην Αγγλική αποδίδονται με τον όρο «Megatrends» είναι καθοριστικής σημασίας για την κατεύθυνση της Έρευνας και της ανάπτυξης των Κοινωνιών ανά την υφήλιο. Οι κοινωνίες, που γερνάνε ολοένα και περισσότερο, η κλιματική αλλαγή με βίαιες πολλές φορές εκφάνσεις των φυσικών φαινομένων, οι προκλήσεις στην υγεία, η ψηφιοποίηση όλων των επιπέδων της ζωής (digitization) είναι άξονες, οι οποίοι θα καθορίσουν στις επόμενες δεκαετίες την έμφαση στην ανάπτυξη, στην Έρευνα και Τεχνολογική Ανάπτυξη, θα κινητοποιήσουν πόρους και θα συμβάλλουν στην αλλαγή των εως σήμερα δεδομένων. Η καινοτομία θα κινηθεί γύρω από τέτοιες δραστηριότητες. Νέες αγορές θα αναδυθούν, νέες δεξιότητες θα απαιτηθούν, νέες θέσεις εργασίας θα δημιουργηθούν. Τα Πανεπιστήμια, οι Κοινωνίες αλλά και οι Εταιρείες (του Δημόσιου και Ιδιωτικού τομέα) θα πρέπει να αφουγκραστούν τις επικείμενες αλλαγές και να προετοιμαστούν καταλλήλως.
Νέες προσεγγίσεις στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης έρχονται ως απάντηση στην ολοένα αυξανόμενη απαίτηση για κυκλική οικονομία (circular economy), για διασφάλιση ορυκτών πρώτων υλών, για βέλτιστο σχεδιασμό κραμάτων υποστηρίζοντας παράλληλα την οικονομική ανάπτυξη. Ηεμβάθυνση της γνώσης μαζί με τη διάχυσή της είναι απόλυτες προτεραιότητες.
Πηγή:
OECD Science, Technology and Innovation Outlook 2016, Read the full book on: 10.1787/sti_in_outlook-2016-en Metallurgy made in and for Europe; The Perspective of Producers and End-Users Roadmap, ISBN 978-92-79-43310-8, doi 10.2777/11914, © European Union, 2014
παραγωγη μεταλλων στην ελλαδα
Η παραγωγή βασικών μετάλλων στην Ελλάδα διατηρείται την τελευταία 7ετία (2010-2017) σε επίπεδο άνω των 3,3 δισεκατομμυρίων € / έτος (3,399 δισ. € το 2010 και 3,317 δισ. € το 2015) σύμφωνα με τα στοιχεία της Ελληνικής Στατιστικής Αρχής (ΕΛΣΤΑΤ).
Στην Εικόνα 1 διακρίνεται η σημασία του βιομηχανικού κλάδου, της παραγωγής βασικών μετάλλων, πλαστικών και της μεταποίησης για την Ελλάδα εν μέσω ύφεσης. Τα στοιχεία της ΕΛΣΤΑΤ είναι χαρακτηριστικά. Ο κλάδος της μεταποίησης καταφέρνει παρά την οικονομική δυσπραγία από το 2009 να αυξήσει την ανταγωνιστικότητά του ελαφρά. Σε απόλυτους αριθμούς, παρατηρείται αύξηση από 33,841 δισ. € το 2010 σε 34,5 δισ. € το 2015. Μόνο η παραγωγή προϊόντων αλουμινίου (πλάκες, φύλλα και ταινίες) αντιστοιχεί σε 1,010 δισ. € και καταλαμβάνει το 33% της απόδοσης των βασικών μετάλλων. Αντίστοιχα τα πλαστικά είδη συσκευασίας αγγίζουν το 0,522 δισ.€ το 2015. Οι λοιποί κλάδοι της μεταποίησης υποχωρούν ελαφριά από 8,683 δισ. € το 2010 σε 8,129 δισ. € το 2015 ενώ αντίστοιχα τα προϊόντα πετρελαίου αυξάνονται από 9,941 δισ. € σε 10,562 δισ. € την ίδια περίοδο.
Για να αντιληφθούμε τα μεγέθη αυτά παρουσιάζουμε το σύνολο της δαπάνης για την Παιδεία στη Χώρας μας, καθώς και τα αντίστοιχα στοιχεία για την έρευνα. Ο Πίνακας 1 παρουσιάζει τις συνολικές δαπάνες για την Παιδεία στην Ελλάδα για το έτος 2016 και την πρόβλεψη για το 2017 ως ποσοστό του ΑΕΠ (Ακαθάριστο Εγχώριο Προϊόν). Αυτές ανέρχονται σε 2,85% του ΑΕΠ ή 4,518 δισ. € για το 2017.
Εικόνα 1: Πωλήσεις βιομηχανικών προϊόντων στην Ελλάδα
Αντίστοιχα, ο Πίνακας 2 παρουσιάζει την εξέλιξη της δαπάνης για Έρευνα από το 2011. Οι συνολικές δαπάνες για την έρευνα ανέρχονται σε 0,96% του ΑΕΠ ή 1,730 δισ.€ για το 2017 (ΑΕΠ 2016: 175,49 δισ. € / Πρόβλεψη για ΑΕΠ 2017: 180,187 δισ. €).
Πίνακας 1: Δαπάνες για την Παιδεία (Πηγές: ΕΛΣΤΑΤ και Υπουργείο Παιδείας)
Πίνακας 2: Εξέλιξη της δαπάνης για Έρευνα από το 2011 (Πηγές: ΕΛΣΤΑΤ και Υπουργείο Παιδείας)
Οι τομείς της Βιομηχανίας (Ορυχεία-Λατομεία) και οι Μεταποιητικές Βιομηχανίες συνεισφέρουν σημαντικά στην αύξηση της ανταγωνιστικότητας της Χώρας. Από τα στοιχεία της ΕΛΣΤΑΤ προκύπτει ότι Δείκτης Κύκλου Εργασιών στη Βιομηχανία όπως φαίνεται (στοιχεία Ιουλίου 2017 της ΕΛΣΤΑΤ) παρουσιάζει ετήσια αύξηση 8,6%. Η αύξηση της ανταγωνιστικότητας αποδίδεται περισσότερο στην εξωστρέφεια των ελληνικών επιχειρήσεων και λιγότερο στο αποκτηθέν προ-ανταγωνιστικό πλεονέκτημα μέσω της έρευνας και τεχνολογικής ανάπτυξης (Ε&ΤΑ). Μάλιστα, η συνολική δαπάνη για την έρευνα παραμένει χαμηλή στη χώρα μας περίπου στο 1% του ΑΕΠ, ενώ την ίδια ώρα σύμφωνα με τα στοιχεία της Eurostat στην Ε.Ε. ανέρχεται στο 2% του ΑΕΠ. Περαιτέρω, η ιδιωτική δαπάνη για Ε&ΤΑ ανέρχεται περίπου στο 33% της συνολικής δαπάνης για την έρευνα την ώρα, που ο αντίστοιχος μέσος όρος στην Ευρώπη αγγίζει και ως και το 66%. Η Ελλάδα παρουσιάζει εξαιρετικά χαμηλή ανταγωνιστικότητα. Μόνος τρόπος να ανακάμψει, είναι να επενδύσει σε έρευνα και καινοτομία και να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ της παραχθείσας γνώσης και τεχνολογικής ανάπτυξης.
2 Ευρωπαϊκη πολιτικη για τη
Μεταλλουργικη & Μεταποιητικη Βιομηχανια
Για πάνω από τρεις δεκαετίες η τεχνολογική και οικονομική πρόοδος στηρίχθηκε σε μεγάλο βαθμό στην ανάπτυξη νέων υλικών και των αντίστοιχων λύσεων για την παραγωγή και την αξιοποίησή τους. Σημαντική, καθοριστική θα λέγαμε σημασία στην ανάπτυξη αυτή αποτέλεσε η εξέλιξη της βιομηχανίας βασικών μετάλλων στηριζόμενη στην εξέλιξη της μεταλλουργίας. Η Ευρώπη για να μπορέσει να ανταποκριθεί στις προκλήσεις του μέλλοντος πρέπει να κινηθεί ταχύτερα και παράλληλα με μείωση του κόστους στα πλαίσια του εφικτού. Σήμερα το χρονικό πλαίσιο ανάπτυξης υλικών από 10 και 20 έτη τείνει να μειωθεί σημαντικά. Η εξέλιξη της επιστήμης και των αναλυτικών τεχνικών χαρακτηρισμού των (κύρια της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και μικροανάλυσης), η χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών και η εφαρμογή τεχνικών βελτιστοποίησης υλικών μείωσαν τον χρόνο εξέλιξης και το κόστος ανάπτυξης νέων κραμάτων και κατηγοριών υλικών.
Η Μεταλλουργική και Μεταποιητική Βιομηχανία στην Ευρώπη πρόκειται να αντιμετωπίσει προκλήσεις στους εξής τομείς:
· Κατασκευές - Μεταποίηση (Manufacturing)
· Νέες και βελτιωμένες λύσεις Υλικών και διαθεσιμότητα δεδομένων αναφορικά με Υλικά
(New and improved materials and material data availability)
· Βελτιστοποίηση κατεργασιών, μεθόδων και σχεδιασμού υλικών
· Ανακύκλωση και ανάκτηση (Recycling and recovery)
· Ενεργειακή αποδοτικότητα (Energy efficiency)
Με βάση τους Ευρωπαϊκούς Οργανισμούς και τις Ευρωπαϊκές Τεχνολογικές Πλατφόρμες (European Αssociations and Technology Platforms) οι ακόλουθες τάσεις έχουν επισημανθεί:
Για τις Κατασκευές - Μεταποίηση (Manufacturing):
(α) Κονιομεταλλουργία και Διαμορφώσεις – Κατεργασίες (Powder metallurgy and Forming)
(β) Συνδέσεις – Συγκολλήσεις (Joining technologies) και
(γ) Βελτιωμένες κατεργασίες – διεργασίες (Improved processes).
Για τα νέα και βελτιωμένα Υλικά (New and improved materials):
(α) Μέταλλα και κράματα (Metals and alloys)
(β) Επενδύσεις-επικαλύψεις και επεξεργασίες- θερμικές κατεργασίες (Coatings and treatments)
(γ) Λειτουργικά και πολύ-λειτουργικά υλικά (Functional and multi-functional materials)
(δ) Σύνθετα μεταλλικής μήτρας και μεταλλικοί αφροί (Metal Matrix Composites and Metal Foams) και
(ε) Βελτιωμένη απόδοση και επιδόσεις υλικών (Improved material performance).
Προκλήσεις για την Ευρωπαϊκή Βιομηχανία:
(1) Ανάπτυξη βιομηχανίας υλικών ως υπηρεσία
(2) Μείωση του χρόνου ανάπτυξης υψηλής ποιότητας υλικών και προϊόντων
(3) Εμβάθυνση της σχέσης Βιομηχανίας και Πανεπιστήμιου
(4) Αύξηση του αριθμού των φοιτητών φυσικής και Επιστήμης Υλικών στο επίπεδο της μελέτης των βασικών
αρχών στα μεταλλικά υλικά και τη φυσική Μεταλλουργία
Πηγές: Metallurgy made in and for Europe; The Perspective of Producers and End-Users Roadmap, ISBN 978-92-79-43310-8, doi 10.2777/11914, © European Union, 2014
Έκθεση “Modelling in FP7 NMP Programme Material Projects”(EC, May 2013).
3 Προοπτικες
Η περαιτέρω ανάπτυξη της Επιστήμης των Υλικών και της Μεταλλουργίας προσφέρει τεράστιες ευκαιρίες στο εγγύς μέλλον (στην επόμενη 10ετία) με άμεσο αντίκτυπο στην διεθνή οικονομία και την εικόνα της Κοινωνίας. Η στρατηγική της Μεταποιητικής Βιομηχανίας θα περιστραφεί γύρω από τους ακόλουθους άξονες:
· Εκπλήρωση της ζήτησης σε νέα προϊόντα και εφαρμογές μέσω της διεύρυνσης της καινοτομίας σε πεδία ιδιαίτερου
οικονομικοκοινωνικού ενδιαφέροντος
· Διεύρυνση των ιδιοτήτων των υλικών και της απόδοσής τους
· Βελτιωμένη αξιοποίηση, εξόρυξη, ανάκτηση με χρήση σύγχρονων τεχνικών εξαγωγικής μεταλλουργίας, κατεργασιών
και ανακύκλωσης
· Διεύρυνση νέων τεχνολογιών, δικτύων και υποδομών
· Ψηφιοποίηση υποδομών
· Σχεδιασμός κραμάτων με γνώμονα την ανακύκλωση, την επαναχρησιμοποίηση, την ασφάλεια ύπαρξης πρώτων υλών,
το κόστος παραγωγής
4 Συμπεράσματα
Η κοινωνία θέτει τα Πανεπιστήμια και τη Βιομηχανία αντιμέτωπη με νέες προκλήσεις. Σε γενικές γραμμές απαιτούνται νέα, αποδοτικότερα, ελαφρύτερα, φθηνότερα υλικά, υλικά (μέταλλα/κράματα) με βελτιωμένες ιδιότητες για την εκπλήρωση των αναγκών της Κοινωνίας με βάση τις αναδυόμενες νέες τάσεις. Οι διεθνείς τάσεις προδιαγράφουν οργασμό γύρω από την έρευνα Υλικών. Αυτή θα είναι άρρηκτα συνυφασμένη με τις κατεργασίες παραγωγής, το σχεδιασμό κραμάτων και τις υψηλότερες απαιτήσεις ως προς τη λειτουργία και επαναχρησιμοποίηση πόρων. Υλικά και προϊόντα σχεδιασμένα για την εκάστοτε εφαρμογή, βελτιστοποιημένα με στόχο τη μείωση του κόστους και του χρόνου ανάπτυξης τεχνολογικά προηγνένων προϊόντων. Απαιτείται στενότερη διασύνδεση με τη Διεθνή και Ελληνική Βιομηχανία και δίκτυο συγγενικών σε γνωστικό αντικείμενο Πανεπιστημιακών Σχολών.
5 Κατευθυνσεις για το μελλον
Οι Σχολές και τα Τμήματα διεθνώς, τα οποία εκπαιδεύουν μηχανικούς προσπαθούν να εντάξουν τους νέους επιστήμονες σε ένα ευρύ φάσμα επιστημονικής, οικονομικής και τεχνολογικής δραστηριότητας.
Αναφορικά με την εκπαίδευση μηχανικών στο πεδίο της «Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών» σε προπτυχιακό επίπεδο έμφαση πρέπει να δίνεται στη διδασκαλία των θεμελιωδών αρχών της μεταλλογνωσίας (φυσική μεταλλουργία), καθώς και της επιστήμης και τεχνολογίας των υλικών. Ταυτόχρονα κάθε πρόγραμμα σπουδών θα πρέπει να μεριμνά, ώστε οι φοιτητές να αποκτούν απαραίτητες δεξιότητες αναγνωρίσιμες σε διεθνές επίπεδο για να δραστηριοποιηθούν και να ηγηθούν πρωτοβουλίων σε νέες αναδυόμενες περιοχές. Ταυτόχρονα το Πανεπιστήμιο πρέπει να προετοιμάζει τους αποφοίτους να πραγματεύονται διεπιστημονικά προβλήματα σε έναν τάχιστα μεταβαλλόμενο κόσμο.
Τα θεμέλια της επιστημονικής περιοχής της «Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών» είναι ξεκάθαρα και βασίζονται στη σχέση δομής/σύστασης–ιδιοτήτων και την παραγωγή/διεργασίες- διαμόρφωση–σύνδεση-λειτουργία. Έτσι, τα Προγράμματα Σπουδών θα πρέπει να εμπλουτίζονται με γνώμονα τα κάτωθι:
α) να εισάγουν νέους και πρωτότυπους τρόπους για την προσφορά γνώσεων και δεξιοτήτων (πχ. αναφορικά με τη διαχείριση επιχειρήσεων, έργων, προγραμμάτων)
β) να προσφέρουν και να διευρύνουν την κινητικότητα και τις διεθνείς εμπειρίες προπτυχιακών σπουδαστών
γ) να διευκολύνουν την ανάπτυξη διαδικτυακών εκπαιδευτικών προγραμμάτων
Αναφορικά με την ανάπτυξη κραμάτων για κατασκευές, αυτοκινητοβιομηχανία και αεροδιαστημική, τα επόμενα χρόνια στο θα δοθεί έμφαση στα κάτωθι:
· Ανάπτυξη ανθεκτικότερων, ελαφρύτερων και ευέλικτων προϊόντων
· Ανάπτυξη υλικών σε αντίξοες (διαβρωτικές/οξειδωτικές) συνθήκες
· Ανάπτυξη και σχεδιασμός διεργασιών για την αποδοτικότερη παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας στον Ελλαδικό χώρο (θερμομηχανικά ελεγχόμενη έλαση, διέλαση κτλ.) και διεύρυνση των δυνατοτήτων της τρισδιάστατης εκτύπωσης ή της απευθείας έλασης σε λεπτά ελάσματα (Αλουμίνιο, Μαγνήσιο, ανοξείδωτους χάλυβες)
· Ενδελεχής χαρακτηρισμός υλικών σε νανοκλίμακα
· Μοντελοποίηση διεργασιών, κατεργασιών, μικροδομής και ιδιοτήτων υλικών σε μακροσκοπικό, μικρο-και νανο-επίπεδο (πεπερασμένα στοιχεία για μοντελοποίηση μηχανικών ιδιοτήτων–μακροσκοπικό επίπεδο)
· Πειραματικός σχεδιασμός κραμάτων με έμφαση στα μη-σιδηρούχα Κράματα
· Βελτιστοποίηση των υπαρχόντων κραμάτων χάλυβα και ανάπτυξη νέων, προηγμένων χαλύβων υψηλής και υπερ-υψηλής αντοχής
Καθώς αναπτύσσονται περαιτέρω στην Ελλάδα οι κλάδοι της Ενέργειας, των Εξορύξεων, των σπάνιων Γαιών και των ορυκτών πρώτων υλών απαιτείται καινοτομία για την προετοιμασία μετάλλων/κραμάτων/υλικών – προϊόντων σε εφαρμογές πχ.: για την παραγωγή ενέργειας, για αντοχές σε μεγάλα βάθη σε θάλασσα και στεριά, για τεράστιες κατασκευές (mega structures), για εξορύξεις, για αντοχή υπό συνθήκες υπερ-υψηλού ρυθμού παραμόρφωσης (δυναμικές φορτίσεις ή/και κακόβουλες ενέργειες), για αντοχή σε δυναμικές καταπονήσεις ή/και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες ή/και σε παράλληλη έκθεση σε δυναμικές φορτίσεις σε υψηλές θερμοκρασίες, για αντίσταση σε έκθεση σε ακτινοβολία (πχ. κράματα για αντοχή σε ακτινοβολία, ιατρικές εφαρμογές κ.α.), για αντικατάσταση σπάνιων γαιών για την αποδοτικότερη κραμάτωση (και μικρο-κραμάτωση μεταλλικών υλικών/κραμάτων).
ΒιβλιογραφΙα
Metallurgy made in and for Europe; The Perspective of Producers and End-Users Roadmap, ISBN 978-92-79-43310-8, doi 10.2777/11914, © European Union, 2014
OECD Science, Technology and Innovation Outlook 2016 - OECD Science, Technology and Industry Scoreboard 2015
ΕΛΣΤΑΤ / EUROSTAT: "Τhe Conference Board data”, JRC data / European Commission: Single market integration and competitiveness report 2016, European Commission, Directorate-General for Internal Market, Industry, Entrepreneurship and SMEs / EU: Modelling in FP7 NMP Programme Material Projects”, May 2013/ “World Bank Global Economic Monitor” / Υπουργείο Παιδείας: στοιχεία για την Έρευνα και τον Προϋπολογισμό για την Παιδεία / DG Internal Market, Industry, Entrepreneurship and SMEs Short-term Industrial Outlook, April 2015/ The report and related materials can be downloaded at: http://ec.europa.eu/DocsRoom/documents/20210
World Aluminium: http://www.world-aluminium.org/ / Copper alliance: http://copperalliance.org/ / The International Copper Study Group (ICSG): http://www.icsg.org/ / Copper Development Association: https://www.copper.org/ / German Steel Federation “Stahl”: http://en.stahl-online.de/ / “Stahl”: http://en.stahl-online.de/index.php/statistics/