maart 2022 - Jaarbeurs
Lucht & Ruimtevaart / 01 augustus 2017

Amerikanen 3D-printen luchtvaartwaardig carbon

De Amerikaanse onderzoeksinstelling Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) heeft het als eerste voor elkaar gekregen om een hoogwaardige aerospace kwaliteit carbon (koolstofvezel) te 3D-printen.

De doorbraak opent volgens de onderzoekers de deur naar een betere controle en optimalisatie van het lichtgewicht maar ijzersterke materiaal. Carbon is doorgaans sterker dan staal.  
“Het mantra is: ‘Als je alles van carbon zou kunnen maken, dan zou je het doen’”, aldus hoofdonderzoeker Jim Lewicki op de website van LLNL. “In potentie is carbon het ultieme materiaal. Het heeft jarenlang achter de schermen staan wachten, omdat het moeilijk is om carbon in complexe vormen te maken. Maar met 3D-printen kun je in principe alles van carbon maken.” 

Complexe structuren

Carbon is een lichtgewicht maar tegelijkertijd stijf en sterk materiaal dat goed bestand is tegen temperatuur. Dit maakt het composiet met name geschikt voor de luchtvaart, defensie, automotive en sport (bijvoorbeeld surfen en motorracen). 
Carbon composieten worden normaal gesproken op twee manieren gefabriceerd: door het fysiek wikkelen van de filamenten rond een spil of door de vezels samen te weven als een rieten mand, wat resulteert in een eindproduct dat ofwel plat ofwel cilindrisch is. 

De onderzoekers van LLNL zijn er nu in geslaagd om complexe 3D-structuren te printen van carbon met een techniek die Direct Ink Writing (DIW) is genoemd. Het instituut printte onder andere een onderdeel van een racketneus van carbon. 
Lewicki en zijn team hebben daarnaast ook een nieuw chemische samenstelling ontwikkeld die het mogelijk maakt om materiaal in seconden te herstellen, daar waar dat normaal gesproken uren duurt.

Simulatie

Simulatie vormde een belangrijk onderdeel van de technologie. Engineers hebben duizenden carbonvezels gesimuleerd om na te gaan hoe zij van de spuitstuk afkwamen en zo te bepalen hoe ze het beste uitgelijnd konden worden. 
“We ontwikkelden een numerieke code die een niet-Newtonse vloeistof polymeerhars met een dispersie van koolstofvezels simuleert. Met deze code kunnen we de evolutie van de vezel-oriëntaties in 3D onder verschillende afdrukken simuleren”, zegt analist vloeistof Yuliya Kanarska.” We waren in staat om de optimale vezellengte en optimale prestaties te vinden, maar het is nog steeds een work in progress. Voortdurende inspanningen hebben betrekking op het bereiken van nog betere afstemming van de vezels door het toepassen van magnetische krachten om ze te stabiliseren.” 

Met deze technologie kunnen ze voor specifieke toepassingen specifieke koolstofvezel materialen gaan ontwikkelen. Direct Ink Writing maakt het ook mogelijk om onderdelen te printen waarbij alle koolstofvezels in dezelfde richting liggen. Volgens de onderzoekers is daardoor tweederde minder carbonfiber nodig maar met dezelfde eigenschappen als de traditionele carbon. 
De onderzoekers gaan het proces nu optimaliseren en bekijken wat de beste plekken zijn om het carbonfiber neer te leggen. Er zijn al gesprekken geweest met onder andere luchtvaartbedrijven. 

Een uitgebreide (Engelstalige) uiteenzetting van de totstandkoming van het 3D-geprinte carbon lees je op http://www.nature.com/articles/srep43401.

Bekijk hier ook het filmpje over de techniek: https://youtu.be/jfFpd4ZQ0Ic

 

Bron: Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)

Door: Kelly Bakker

Deel dit artikel

Meer nieuws

Chirurgen experimenten met operatierobot in het ISS

Chirurgen experimenten met operatierobot in het ISS

(PARTNER NIEUWS)
Lucht & Ruimtevaart / 21-02-2024
(productnews)
Chirurgen zijn erin geslaagd met behulp van een miniatuurrobot een chirurgisch simulatie uit te voeren in het International...
Chirurgen zijn erin geslaagd met behulp van een miniatuurrobot een chirurgisch simulatie uit te voeren in het International Space Station (ISS). De robot is daarbij op afstand aangestuurd. Het gaat...
Lucht & Ruimtevaart / 21-02-2024
Lees meer

25 miljoen voor Nederlandse metselrobot

25 miljoen voor Nederlandse metselrobot

(PARTNER NIEUWS)
Bouw & Constructie / 20-02-2024
(productnews)
Monumental haalt 25 miljoen euro op bij investeerders. De investeringsronde is geleid door Plural en Hummingbird. Ook...
Monumental haalt 25 miljoen euro op bij investeerders. De investeringsronde is geleid door Plural en Hummingbird. Ook Northzone, Foundamental en NP Hard Ventures steken geld in de Nederlandse start-up die...
Bouw & Constructie / 20-02-2024
Lees meer

Nieuwe AI-tool ontdekt realistische ‘metamaterialen’ met ongewone eigenschappen

(productnews)
Een coating die objecten in het zicht kan verbergen, of een implantaat dat zich precies zo gedraagt als botweefsel. Deze...
Een coating die objecten in het zicht kan verbergen, of een implantaat dat zich precies zo gedraagt als botweefsel. Deze bijzondere objecten zijn al gemaakt van ‘metamaterialen’. Onderzoekers van de...
High tech / 19-02-2024
Lees meer

Franse ACC bouwt drie Europese batterijfabrieken met miljardenlening

(productnews)
Het Franse Automotive Cell Company (ACC) gaat een lening van 4,4 miljard euro aan voor de bouw van een drietal...
Het Franse Automotive Cell Company (ACC) gaat een lening van 4,4 miljard euro aan voor de bouw van een drietal batterijfabrieken in Europa. De fabrieken komen in Frankrijk, Duitsland en...
Automotive / 19-02-2024
Lees meer

Blijf op de hoogte, schrijf je in voor onze nieuwsbrief

Je ontvangt maximaal 1x per week het laatste nieuws per email.
Inschrijven