Pencetakan 3D komposit memungkinkan deteksi kerusakan di ruang angkasa dan konstruksi
Brightlands Materials Center (Geleen, Belanda) telah mengembangkan komponen komposit cetak 3D dengan fungsi penginderaan otomatis. Penginderaan diri menciptakan peluang untuk memantau struktur penting di bidang-bidang seperti kedirgantaraan, konstruksi, dan perawatan kesehatan.
Apa itu pengindraan diri?
Penginderaan diri adalah kemampuan suatu bahan untuk bertindak sebagai sensor dan mengumpulkan informasi tentang kondisinya sendiri. Komposit polimer-matriks yang diperkuat serat karbon telah ditetapkan sebagai menyediakan kemampuan penginderaan sendiri berdasarkan perubahan terukur dalam hambatan listrik dari serat kontinu. Bahan tersebut sedang dikembangkan dan didemonstrasikan untuk pemantauan kesehatan struktural (SHM) di pesawat terbang dan aplikasi konstruksi termasuk jembatan dan bangunan.
Secara tradisional, bahan komposit penginderaan diri tersebut telah diproduksi menggunakan teknik yang melibatkan beberapa tahap, operasi yang lebih kompleks dan peralatan khusus. Brightlands Materials Center menggabungkan self-sensing serat karbon kontinu dengan fabrikasi menggunakan manufaktur aditif untuk membuat aplikasi SHM lebih hemat biaya, memungkinkan penggunaan yang lebih luas dan perluasan ke aplikasi baru.
Pencetakan serat 3D berkelanjutan membuka cakrawala baru
Manufaktur aditif memungkinkan pemosisian dan orientasi serat karbon kontinu yang sangat tepat. Dengan demikian, dimungkinkan untuk menempatkan serat di lokasi yang dipilih di dalam produk untuk memberikan kekuatan dan kekakuan yang diperlukan di sepanjang jalur beban yang ditentukan, dan membentuk bagian integral dari struktur. Ini berarti bahwa serat karbon ditempatkan di tempat yang dibutuhkan untuk bertindak sebagai "sensor" untuk memantau struktur dan beberapa serat dapat membentuk berbagai sensor di seluruh bagian.
Brightlands Materials Center telah mendemonstrasikan konsep ini dengan memantau deformasi dalam model skala jembatan komposit pejalan kaki dan dalam balok lentur sederhana. Keduanya dicetak dengan printer 3D komposit Anisoprint (Esch-sur-Alzette, Luxembourg) Composer A4. “Kami sangat senang dengan sistem Anisoprint baru kami, karena mereka menawarkan kebebasan tinggi dalam memilih bahan cetak serta kontrol penuh deposisi serat,” kata Guy Bex, insinyur penelitian di Brightlands Materials Center. Kebebasan dalam pemosisian serat juga penting untuk penginderaan karena serat karbon kontinu harus menonjol dari bagian untuk membuat sambungan ke perangkat keras elektronik yang digunakan untuk pemantauan.
Hasil pencetakan 3D yang lebih presisi
Karena pencetakan 3D tidak memerlukan alat atau cetakan, pencetakan 3D menawarkan proses satu langkah untuk menghasilkan komposit yang diperkuat serat terus menerus dalam bentuk apa pun, menggantikan teknik multi-langkah tradisional yang lebih kompleks, memakan waktu, dan mahal. Namun, mengoptimalkan proses manufaktur untuk struktur cetak 3D mungkin memerlukan beberapa iterasi. Komposit cetak 3D yang dapat merasakan sendiri dapat mengumpulkan informasi tentang keadaan penggunaan sebenarnya, penting untuk fase desain dan prototipe produk baru.
Selama pengujian tersebut, suku cadang tercetak 3D penginderaan otomatis mencatat kondisi dan kekuatan nyata yang dialami dalam layanan, yang memberi desainer dan insinyur pemahaman yang lebih tepat tentang persyaratan aktual yang harus ditanggung oleh suku cadang tercetak.
Penginderaan tersebut juga memungkinkan bagian untuk bertindak sebagai alat diagnosis. Misalnya, bagian ortosis atau prostesis penginderaan diri yang dicetak 3D dapat memandu pasien dan memberikan informasi berharga kepada dokter mengenai distribusi stres dan pola gerakan.
Mitra penelitian
Brightlands Materials Center adalah pusat penelitian independen yang didirikan oleh Organisasi Belanda untuk penelitian ilmiah terapan TNO (Den Haag) dan provinsi Limburg. Ini mendukung inovasi dalam industri dengan fokus aplikasi yang kuat dan menawarkan penelitian dan partisipasi kontrak khusus, termasuk roadmap penelitian pada komposit penginderaan mandiri cetak 3D.
Anisoprint adalah penemu anisoprinting — teknologi untuk desain dan produksi struktur komposit yang optimal melalui deposisi serat 3D berkelanjutan. Perusahaan ini memproduksi printer 3D, bahan (berdasarkan serat karbon dan basal) dan perangkat lunak untuk memproduksi komponen komposit anisoprint untuk membantu para ilmuwan memecahkan masalah penelitian dengan cara baru yang lebih efektif dan memungkinkan perusahaan manufaktur mengurangi biaya mereka.
