Snel schade detecteren door vloeistof in 3D-geprinte onderdelen
Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) heeft een manier ontwikkeld om vloeistoffen rechtstreeks in materialen te integreren tijdens het 3D-printproces. Hierdoor kunnen bijvoorbeeld lichtgevende vloeistoffen worden geïntegreerd in kunststof onderdelen, waardoor later eenvoudig een schade kan worden gedetecteerd. Volgens de universiteit komt het goed van pas bij auto- en vliegtuigonderdelen.
Binnenin het 3D-geprinte materiaal (rechts) bevat een roosterstructuur (links) de toegevoegde vloeistoffen
3D-printen wordt veel gebruikt voor een scala aan toepassingen. In het algemeen is de methode echter beperkt tot materialen die door warmte vloeibaar worden gemaakt en na het printen vast worden. Als het eindproduct vloeibare componenten moet bevatten, worden deze meestal achteraf toegevoegd. Dit is tijdrovend en kostbaar. “De toekomst ligt in complexere methoden die verschillende productiestappen combineren”, zegt professor Wolfgang Binder van het Institute of Chemistry van de Martin Luther University Halle-Wittenberg. “Daarom waren we op zoek naar een manier om vloeistoffen tijdens het printproces direct in het materiaal te integreren.” Hiervoor combineerden Binder en zijn collega Harald Rupp veelvoorkomende 3D-printprocessen met traditionele printmethoden zoals die worden gebruikt in inkjet- of laserprinters. Vloeistoffen worden bij het extruderen van het basismateriaal op de gewenste plaats druppelsgewijs toegevoegd. Hierdoor kunnen ze direct en gericht in het materiaal worden geïntegreerd.
Veiligheid vergroten
De wetenschappers hebben aan de hand van een voorbeeld kunnen aantonen dat hun methode werkt. Zo hebben de wetenschappers met 3D-printen een lichtgevende vloeistof in een kunststof onderdeel geïntegreerd. Wanneer het materiaal beschadigd raakt, lekt de vloeistof eruit en geeft aan waar de schade is ontstaan. “Je zou zoiets als dit in een klein onderdeel kunnen printen dat aan bijzonder hoge stressniveaus wordt blootgesteld”, zegt Binder. Bijvoorbeeld in auto- of vliegtuigonderdelen die onder hoge belasting staan. Volgens Binder is schade aan kunststof materialen tot dusverre moeilijk te detecteren – in tegenstelling tot schade aan metalen, waar röntgenstraling microscheurtjes kan blootleggen. De nieuwe aanpak kan dus de veiligheid vergroten.
Het gecombineerde proces is ook voor veel andere toepassingsgebieden denkbaar. Het team is van plan de methode binnenkort te gebruiken om onderdelen van batterijen te printen. “Met onze opstelling kunnen in het laboratorium geen grotere hoeveelheden worden geproduceerd”, legt Binder uit. Om industriële hoeveelheden te produceren, moet het proces buiten de universiteit verder worden ontwikkeld.
