KARLSRUHE (DUITSLAND), 13 februari 2014 14:32

3D-geprint materiaal is lichter dan water en sterker dan staal (video)

Onderzoekers aan het Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) hebben een 3D-geprint materiaal gepresenteerd wat zowel enorm licht, als enorm sterk is.

Stevige materialen zoals metalen hebben vaak ook de hoogste dichtheid. Poreuze materialen, of materialen met een lage dichtheid, zijn vaak ook het zwakst. Wetenschappers van KIT hebben nu echter een materiaal geproduceerd wat beide eigenschappen combineert.

Geïnspireerd door de natuur

Als je een sterk, maar niet heel dicht materiaal wilt ontwikkelen, zijn er in de natuur voorbeelden te over. Denk aan botten, of hout. Deze materialen zijn licht omdat er in de structuur op moleculair niveau enorm veel gaten aanwezig zijn. Vogelbotten zijn hier een mooi voorbeeld van. Ze zijn heel stevig, maar toch licht genoeg om vlucht mogelijk te maken.

Net als bijvoorbeeld Romeinse bogen in de bouwkunde, draagt de vorm van al die kleine openingen bij aan de stevigheid van het geheel.

3D-geprint materiaal

De onderzoekers, onder leiding van Jens Bauer, experimenteerden met verschillende structuren. Alle ideeën werden geprint met de Nanoscribe 3D-printer, die zeer precieze nanostructuren kan printen.

De Nanoscribe printer werkt door het met een laser verhitten van druppels vloeibaar plastic. Een computergestuurd mechanisme beweegt de ondergrond onder de laser door, om zo laag voor laag een 3D-model op te bouwen. Na afloop wordt het overtollige vloeibare plastic weggespoeld, zodat de structuur overblijft. Deze bevat details van slechts enkele miljoenste meters breed.

Naast het uitproberen van verschillende structuren, voorzag het team het ook nog van een dunne coating van aluminiumoxide.

Het resultaat van alle tests: een honingraatstructuur, versterkt met een coating van 50 nanometer aluminiumoxide, bleek te drijven op water en toch steviger dan staal.

Nanoprinten

Dit alles bleek mogelijk dankzij de relatief nieuwe techniek van het nanoprinten. In 2012 printten Weense onderzoekers bijvoorbeeld een raceauto en kathedraal kleiner dan een stofmijt. De Nanoscribe printer maakt modellen van gelijke grootte, maar doet het vier keer zo snel.

Op dit moment is het proces nog niet geschikt om op industriële schaal toe te passen, maar het is een fascinerende kijk in de toekomst van materialen met een ‘microarchitectuur’.

 

Foto's:

3D-geprint materiaal is lichter dan water en sterker dan staal (video)

Eén van de vele structuren waar de onderzoekers mee experimenteerden. Dit model is ongeveer 30 miljoenste van een meter breed.

© Aandrijvenenbesturen.nl