Film nieuws

4D printtechnologie voor composietmaterialen

Onderzoekers aan de University of Colorado in Boulder hebben met succes een vierde dimensie toegevoegd aan hun printtechnologie. Dit opent interessante mogelijkheden voor het creëren en gebruiken van adaptieve composietmaterialen in productie-, verpakkings- en biomedische toepassingen.

Een team onder leiding van H. Jerry Qi , universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan deze universiteit heeft samen met Martin L. Dunn van Singapore University of Technology and Design een methode voor 4D printing ontwikkeld en getest.

De onderzoekers bouwen polymeervezels met ‘vormgeheugen’ in in de composietmaterialen die worden gebruikt in traditionele 3D printing. Dit resulteert in de productie van een object dat is gefixeerd in één vorm dat later kan worden aangepast naar een nieuwe vorm.

In dit werk wordt de initiële configuratie gemaakt door 3D-printen. Vervolgens creëert de geprogrammeerde actie van vezels met vormgeheugen tijdsafhankelijkheid van de configuratie: het 4D. Dunn is een voormalig werknemer van de faculteit werktuigbouwkunde die de mechanica en de fysica van composietmaterialen meer dan twee decennia werktuigbouwkunde heeft bestudeerd.

4D printen
Het 4D printing concept, dat het mogelijk maakt dat materialen zichzelf in 3D -structuren ‘assembleren’, werd oorspronkelijk in april van dit jaar voorgesteld door Skylar Tibbits, medewerker van het Massachusetts Institute of Technology. Samen met zijn team combineerde hij een bundel kunststof met een laag gemaakt uit ‘slim’ materiaal dat in water zichzelf kon assembleren.

De onderzoekers in Boulder en Singapore hebben dit concept verder uitgebouwd door composietmaterialen te creëren die kunnen in verschillende, ingewikkelde vormen kunnen veranderen op basis van een andere natuurkundig mechanisme.

Het geheim van het gebruik van polymeervezels met vormgeheugen om gewenste vormveranderingen van het composietmateriaal te genereren, is de sleutel hoe de architectuur van de vezels wordt ontworpen, met inbegrip van hun locatie, oriëntatie en andere factoren.

Stand der techniek
Het fascinerende is dat de vormen worden gedefinieerd tijdens de ontwerpfase, wat een paar jaar geleden niet haalbaar was. Het team in Boulder toonde aan dat de oriëntatie en locatie van de vezels binnen de composiet de mate van vormgeheugeneffecten (zoals vouwen , krullen , uitrekken of draaien) bepaalt. De onderzoekers toonden ook de mogelijkheid om deze effecten te beheersen door het verwarmen of koelen van het composietmateriaal.

Volgens Qi is de 3D printtechnologie, die ongeveer drie decennia bestaat, nu pas zover gevorderd dat actieve vezels in de composieten kunnen worden opgenomen. Hierdoor kan hun gedrag voorspelbaar worden beheerst wanneer het object wordt onderworpen aan thermische en mechanische krachten.


Bij 4D printen worden producten vervaardigd op een 3D-printer uit polymeren met een vormgeheugen. Bij verdere behandeling (bijvoorbeeld verwarmen of afkoelen) treedt het geheugeneffect in werking. Op de bovenste foto toont H. Jerry Qi een eenvoudig model. Het vlakke stuk aan de linker zijde kan zich met behulp van warmte opnieuw vormen tot een kubus (Foto: Glenn Asakawa, University of Colorado)

Vooruitzichten
De technologie belooft tal van nieuwe mogelijkheden voor verschillende toepassingen. Qi stelt dat een zonnepaneel of soortgelijk product zou kunnen worden geproduceerd in een vlakke configuratie waarop gemakkelijk functionele apparaten worden geïnstalleerd.

Het paneel kan dan worden veranderd in een compacte vorm ten behoeve van verpakking en verzending. Na aankomst op de plaats van bestemming kan het product worden geactiveerd om de andere vorm te krijgen die zijn functie optimaliseert.

Als 3D- printing technologie volwassen wordt met meer drukbare materialen, hogere resolutie en grotere schaal moet het onderzoek helpen bij een nieuwe benadering van het creëren van omkeerbare of afstembare 3D oppervlakken en vaste stoffen in de techniek . Dit zou kunnen leiden tot composiet producten met complexe vormen die worden gebruikt in auto’s, vliegtuigen en antennes.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven