ENGINEERINGNET.BE - 3D-printers bouwen objecten laag voor laag op.
Dit proces kan mogelijk structurele productiefouten introduceren, zoals verzwakte vlakken of richtingsafhankelijke eigenschappen.
Vaak werd gedacht dat dit de boosdoeners waren van het onvoorspelbare gedrag in 3D-geprinte metamaterialen.
‘Ons onderzoek laat zien dat dit niet het geval is,’ aldus onderzoeker Sidarth Beniwal van Rijksuniversiteit Groningen.
‘Het is zelfs mogelijk om een 3D-geprint object met uitstekende eigenschappen te produceren op een eenvoudige 3D-printer. Zo kan een materiaal bijvoorbeeld trillingen dempen, lokaliseren of de trilling alleen in een bepaalde richting doorgeven en niet in de tegengestelde richting.’
Beniwal werkte met een combinatie van numerieke en experimentele methodes om verschillende materialen te onderzoeken die vaak voor 3D-printen worden gebruikt. Hij vergeleek de trillingsdemping van 3D-geprinte onderdelen in verschillende vormen en in verschillende omstandigheden.
‘We observeerden nagenoeg geen verschil in trillingsbestendigheid tussen structuren die op goedkope of dure 3D-printers waren geprint. Dat suggereerde dat productiefouten niet de oorzaak zijn.’
Dit laat zien dat de mismatch tussen numerieke voorspelling en experimentele observaties in 3D-geprinte trillingsbestendige structuren een andere oorzaak moest hebben dan de productiefouten, zoals werd gedacht.
De onderzoekers lieten daarop zien dat ze veel nauwkeuriger modellen kunnen verkrijgen door het materiaal waarmee 3D-geprint wordt netjes te karakteriseren.
Dan is het prima mogelijk om 3D-geprinte structuren te ontwerpen die zich gedragen zoals voorspeld. Dit opent mogelijkheden zoals trillingsisolatie, geluidsisolatie, structurele gezondheidsmonitoring, sensoren, signaalverwerking en het oogsten van energie, evenals moderne trillingscontrole-materialen en apparaten.
Beniwal: ‘Het spannendste deel van het project was toen we de eerste experimentele resultaten kregen, en zagen hoe goed ze overeenkwamen met onze numerieke voorspellingen. Eerst bij vrij simpele structuren. We hebben toen de benadering uitgebreid naar meer complexe structuren, zoals metamaterialen, en ook die konden we nauwkeurig voorspellen. Zo werd duidelijk dat we een fundamenteel probleem hadden aangepakt.’
