22
september
2022
|
15:00
Europe/Amsterdam

Hoe sterk is 3D printen met carbon fiber?

Studenten Werktuigbouwkunde en Mechatronica onderzochten het

Carbon Fiber 3D printer

3D printen speelt een steeds grotere rol in de samenleving. Zo worden tegenwoordig al complete gebouwen geprint, komen er steeds meer mogelijkheden met het printen van voedsel en is een 3D printer thuis helemaal niet meer zo gek. Bedrijven zijn bovendien altijd op zoek naar nieuwe mogelijkheden op het gebied van 3D printen. Zo ook techbedrijf ITEC Nexperia.

Vraag vanuit het bedrijfsleven
ITEC Nexperia wil één van de onderdelen in haar machines vervangen door een geprint exemplaar. Hiervoor zijn ze op zoek naar een materiaal met een specifieke stijfheid. Maar is die stijfheid wel mogelijk? En zo ja, welke stappen moeten er genomen worden om dit te behalen? Om dit te onderzoeken schakelden ze de hulp in van studenten van Fontys Engineering. Studenten Luca Jansen, Kevin Buitenkamp, Felix Kollmorgen, Pepijn Machielse en Julian van Beek gingen er voor hun minorproject mee aan de slag.

Printen met carbon fiber
Om een stevig onderdeel te maken, moet geprint worden met carbon fiber: doorlopende vezels die geprint worden in een matrix materiaal. Carbon fiber is erg interessant omdat het zowel lichter als stijver is dan aluminium. Maar carbon fiber moet wel gemengd worden met nylon, wat het zwakker maakt dan puur carbon fiber. De projectgroep testte de kracht van dit materiaal.

Carbon fiber onderdeel

“Normaal gesproken zijn testen met metaal makkelijk te simuleren, omdat het een isotropisch materiaal is,” vertelt Luca Jansen. “Dat betekent dat het in alle richtingen dezelfde kracht kan opnemen. Bij carbon fiber is dit niet het geval, want het is een anisotropisch materiaal. In de richting van de vezels is het heel sterk, maar haaks op de vezels is het zwak. Hierdoor is het moeilijk te simuleren. Dit was dan ook onze grootste uitdaging.”

Rekenmodel maken op basis van onderzoek
Een eerdere projectgroep heeft zich al beziggehouden met het vraagstuk. De studenten werken nu dus verder aan de opdracht. “Eerder zijn er al buigtesten en trekproeven gedaan,” vertelt Luca. “Dit zijn testen waarbij de kracht steeds wordt verhoogd tot het materiaal breekt. Wij hebben een kruiptest gedaan. De kracht blijft constant, maar het materiaal wordt over een lange tijd onder druk gezet. Hierdoor gaat het object toch vervormen en eventueel breken. Wij kijken wat de levensduur van het object met een bepaalde kracht is.”

correctie na toepassing van rekenmodel

De studenten kwamen er al snel achter dat er een defect zat in de testmachine. Om deze fout te corrigeren, maakten ze een rekenmodel.  “Van materialen zoals bijvoorbeeld staal en aluminium weet je al wat de waarde zou moeten zijn,” vertelt Kevin Buitenkamp. “Wij hebben de foute en de ‘goede’ waardes, de waardes die de machine zou moeten aangeven, geanalyseerd. Op basis hiervan hebben we nieuwe formules gemaakt die we konden gebruiken om andere materialen met de machine te testen en de waardes te corrigeren.”

Toekomst van het project
Met het maken van het rekenmodel zit het project er voor deze groep op. Maar met het model dat ze nu gemaakt hebben, kan een volgende groep wel verder. Zij kunnen bijvoorbeeld nieuwe testen op een andere machine doen, om de gegevens van deze groep te bevestigen. Uiteindelijk kan dan uitgewezen worden of het materiaal waarmee geprint wordt voldoet aan de voorwaarden van ITEC Nexperia, en of het onderdeel ook daadwerkelijk gebruikt kan worden.

Auteur: Nicky Quaedvlieg