Van poeder tot product: nieuw TU Delft lab omvat gehele 3D-printproces

Ontwikkelingen binnen de ruimtevaart en de energietransitie vragen om materialen die voldoen aan steeds hogere eisen. Denk aan extreem hoge druk of temperaturen. In het Materials for Additive Manufacturing lab van de TU Delft kunnen onderzoekers nu nieuwe materialen verkennen en verwerken tot producten en componenten voor dit soort extreme omstandigheden. Dit unieke lab werd op 30 november geopend, meldt de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen (3mE).

Op de TU Delft campus zijn wel meer labs voor additive manufacturing, ofwel 3D-printen, te vinden. Maar dit nieuwe lab is de enige in zijn soort, verzekert Vera Popovich, universitair hoofddocent bij de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen (3mE). “Dat komt omdat we nu ook zelf het materiaal kunnen maken dat 3D-printers in gaat”, zegt Popovich. Tot nu toe werden deze poeders geleverd door commerciële partijen, waardoor de grondstoffen vaak een zwarte doos zijn voor onderzoekers. “De samenstelling en kwaliteit van de grondstoffen zijn als DNA”, legt Popovich uit. “Het beïnvloedt het gehele productieproces en de uiteindelijke eigenschappen van het product. Als wij niet het volledige DNA kennen, beperkt dat ons proces en ontwerpflexibiliteit.” Dat de onderzoekers nu zelf in staat zijn om metalen en keramische grondstoffen te ontwerpen en op te nemen in de complete productieketen is een unieke mijlpaal.

Bruggen slaan

Daarnaast is het Materials for Additive Manufacturing (MAM) lab in staat om materialen te ontwerpen en produceren met hogere sterkte en betere energie-efficiëntie. Maar het biedt ook de mogelijkheid om complexe vormen te creëren, de hoeveelheid materiaal te verminderen waar nodig of zelfs natuurlijke en duurzamere bronnen te gebruiken. Het is een samenwerking tussen de faculteiten 3mE en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek (LR). De focus van het lab ligt op het verkennen van materialen en ontwikkeling van producten die extreme omstandigheden kunnen weerstaan, zoals in de lucht en ruimte. “We zien dit lab als een brug tussen de verschillende disciplines van 3mE en LR en tussen fundamentele en toegepaste onderzoekers”, zegt Popovich. “Dit lab stelt ons in staat om niet alleen nieuwe materialen te onderzoeken, maar ook bestaande materialen vanuit een nieuw perspectief, en hun geavanceerde productie”, zegt Yinglu Tang, universitair docent bij LR.

Van ruimtevaart tot chips

De gezamenlijke onderzoeksinspanningen van 3mE en LR zijn al van start gegaan, in de vorm van gedeelde promovendi en masterstudenten. Zo bestudeert promovendus Yun-Ching Lin de oxidatiebestendigheid bij hoge temperaturen van ultrahoge temperatuur keramiek (UHTC) met verschillende poreusheden, vormen en korrelgroottes. Dit kan de basis vormen voor nieuw materiaal dat voldoet aan de eisen van toepassingen in extreme omgevingen, zoals hoge temperaturen en straling. Maar de toepassingsgebieden reiken verder dan de lucht en ruimte. Masterstudent Adithya Keshav Mohan onderzoekt of een stalen onderdeel in lithografiemachines kan worden vervangen door keramisch 3D-geprint materiaal. Dit project legt de basis voor het ontwerp van efficiëntere onderdelen voor lithografiemachines, waardoor mogelijk het productieproces van chips verbeterd kan worden.

Maatschappelijke problemen

Het doel van Popovich en collega’s is om uiteindelijk de manier waarop 3D-printen wordt toegepast aanzienlijk te veranderen, zodat het niet langer wordt gezien als een methode om prototypes mee te produceren, maar als een echte, hoogwaardige productiemethode die verbeterde of geïntegreerde functionaliteiten biedt. “We willen dit nieuwe laboratorium gebruiken om bestaande en nieuwe metalen, keramische en composietmaterialen te onderzoeken en producten te ontwerpen met buitengewone eigenschappen op verschillende lengteschalen”, zegt Popovich. “Deze brengen ons uiteindelijk dichterbij het oplossen van belangrijke maatschappelijke problemen, zoals de energietransitie en algemene verduurzaming.”