Onderzoekers van het Departement Toegepaste Mechanica aan de Vrije Universiteit Brussel slaagden er onlangs in metalen onderdelen te bouwen die automatisch aangeven wanneer ze overbelast worden of schade leiden. Met metaal 3D printing integreerden ze sensoren in het metaal zelf.
Metaalmoeheid
Metaalmoeheid veroorzaakte al veel rampen met transportmiddelen zoals treinen en vliegtuigen, grote infrastructuren zoals windturbines en bruggen, of (roterende) machines. Het materiaal breekt als gevolg van een langdurige wisselende belasting. De breuk begint als een microscopisch scheurtje en groeit ‘sluipend’ uit naar macroscopische afmetingen in het metaal. Het voorkomen ervan hangt af van veel factoren. Van materiaalkeuze, ontwerp, belasting, productie tot aan onderhoud spelen een rol en beïnvloeden elkaar.
Sensoren
3D-printing maakt pionierswerk mogelijk. Zo kan aan de binnenkant van een onderdeel worden gewerkt en functies geïntegreerd. Met traditionele productietechnieken ging dat niet, vertelt dr. ir. Michaël Hinderdael.
“De inzet van slimme onderdelen die zelf schade of overbelasting detecteren beperkt het risico op metaalmoeheid en de gevolgen ervan. Tijdens het productieproces bouwen we op kritische plaatsen buisjesvormige uitsparingen in het onderdeel. Door ze daarna te vullen met een gas of vloeistof onder druk kan de druksensor dat monitoren.”
Continue metingen
Omdat de sensor elk verschil in druk registreert, kan ook de belasting op het onderdeel gemeten worden. Metaal vervormt bij belasting. De uitsparing in het metaal vervormt mee en dat verandert de druk. De toepassing laat toe om continu metingen uit te voeren. Ook op kritische locaties en ontoegankelijke toepassingen. Naast verhoging van het veiligheidsniveau dalen de onderhoudskosten omdat men het onderhoud beter kan afstemmen op de werkelijke gezondheid van de onderdelen.
