3D printen met slimme kunststoffen
Drie toepassingen voor 3D printen met sensoren
Additieve vervaardiging heeft zijn waarde al op veel gebieden bewezen, omdat het zonder gereedschap en met diverse materialen voor veel verschillende toepassingen kan worden gebruikt, waardoor ze goedkoper en flexibeler worden. Nu komt ook een nieuwe vorm van 3D-printen in beeld, waarbij het mogelijk is verschillende materialen te integreren in één printproces. Dit proces maakt het ook mogelijk om sensoren rechtstreeks in de componenten te integreren en staat zo aan de wieg van compacte, intelligente systemen zonder grote productie- of montagekosten.
Naast het onderzoek in de medische sector, waarbij sensoren worden onderzocht voor de bewaking van verschillende vitale parameters van patiënten, wordt het gebruik van sensoren in de industrie steeds populairder. Ondertussen print igus GmbH slijtvaste slijtdelen met behulp van het snelle en kostenefficiënte 3D-isense proces. Deze componenten melden wanneer zij hun slijtagegrens bereiken en kunnen ook waarschuwen voor overbelasting. Dit maakt ze aantrekkelijk voor voorspelbaar onderhoud van een grote verscheidenheid aan systemen.
1 Intelligent 3D printen
Het bijzondere van additieve vervaardiging van mechatronische systemen is het printen met verschillende materialen. Zo printen FFF-printers (Fused filament fabrication) verschillende plastic filamenten met verschillende printkoppen. Ook andere materialen worden hier gebruikt, zoals elektrisch geleidende of zachte magnetische materialen, en ook vormgeheugenpolymeren. Een sensor is een onderdeel dat gebeurtenissen of veranderingen in zijn omgeving detecteert en deze informatie naar bijvoorbeeld een PLC stuurt. Met de optie om verschillende materialen in 3D-printing te verwerken, zien veel onderzoeksgroepen mogelijkheden om een grote verscheidenheid aan sensoren te ontwikkelen. Het onderwerp van dit onderzoek zijn bijvoorbeeld piëzoresistieve strips die als rekstrookjes in een exo-handschoen worden geïntegreerd om de weerstand te kunnen meten die ontstaat wanneer de vingers bewegen. Daarnaast hebben onderzoekers van het Wyss Institute aan de Harvard University een zogenaamde zachte robothand ontwikkeld die verschillende voorwerpen kan vasthouden op basis van de veranderde druk en de daaruit voortvloeiende verandering in weerstand bij de geïntegreerde sensoren. Tegelijkertijd maakt de installatie van verschillende sensoren op verschillende punten het mogelijk onderscheid te maken tussen sterk en zwak uitgeoefende druk. Er zijn geen grenzen aan de verscheidenheid van sensoren: Ook temperatuurmetingen zijn mogelijk met de geïntegreerde sensoren.
2 Sensordiversiteit als doorbraak voor de geneeskunde
In de medische sector maken onderzoekers gebruik van de mogelijkheid om tegen relatief lage kosten sensoren in kleine onderdelen te integreren. Aan de Nationale Universiteit van Taiwan is een medisch apparaat ontwikkeld dat “draagbare technologie” wordt genoemd. Hierbij wordt een pleisterachtige strip op de huid aangebracht om de vitale functies van de patiënt te controleren. Niet alleen de pols wordt gemeten, maar ook zijn temperatuur en beweging. De gegevens kunnen vervolgens worden bekeken via een app op de smartphone of tablet. Afhankelijk van de vereisten kunnen verschillende sensoren worden verwijderd of geïnstalleerd. Zo is er een contactmicrofoon die orgaangeluiden kan opnemen volgens het principe van een stethoscoop. Onderzoekers van de Universiteit van Minnesota zien voor de huidige pandemie vooral een grote kans op het gebied van surveillance. Zij testen het 3D-printen van sensoren op levende organen met behulp van “motion capture”, een tracking-methode die vaak in films wordt gebruikt. Zo hoopt men binnenkort de longfunctie van patiënten die het SARS-CoV-2 coronavirus hebben opgelopen, nauwkeuriger te kunnen controleren.
3 Gebruik in Industrie 4.0
Er wordt ook onderzoek gedaan op het gebied van Industrie 4.0. Bij igus GmbH worden bijvoorbeeld intelligente slijtdelen geproduceerd met multimateriaal-printing, die zowel het bereiken van hun eigen slijtagegrens kunnen melden als een overbelasting van het onderdeel kunnen detecteren door de geïntegreerde sensortechnologie. Dit gebeurt door continue meting van de elektrische weerstand in het sensormateriaal. Als deze weerstand verandert, melden de sensoren dat het onderdeel moet worden vervangen. Bij de belastingsmeetvariant zijn de sensoren zodanig tussen de lagen van de slijtdelen geplaatst dat zij een verandering van de belasting onmiddellijk kunnen melden. Overbelasting van het onderdeel en snellere slijtage worden zo vermeden. De intelligente 3D isense componenten zorgen voor minder onderhoud en machinestilstand.
De toegenomen netwerkvorming van producten en machines in Industrie 4.0 brengt veel voordelen met zich mee. Intelligent toezicht biedt een nauwkeurig overzicht van de productie, de efficiëntie wordt verhoogd, de kosten worden verlaagd en er worden middelen bespaard. Dit zorgt voor een flexibiliteit die beantwoordt aan het snelle tempo van de markt en de productie. Deze flexibiliteit wordt met name ondersteund bij de productie van onderdelen met behulp van 3D-printing. Het gebruik van een grote verscheidenheid aan materialen voor talrijke doeleinden, waarvan de productie zonder gereedschap en op een grondstof besparende wijze plaatsvindt, maakt kostenreductie en individuele productie mogelijk en dus een hoog niveau van internationaal concurrentievermogen op de moderne markt.
Meer weten over toepassingen voor 3D printen met sensoren?
Als u vragen heeft voor uw toepassing, helpen wij u graag vrijblijvend verder. Neem contact met ons op, of lees meer over diverse soorten glijlagers.
