© 2024 SURF
3D printen, officieel “additive manufacturing” genaamd, is een technologie die zich razend snel ontwikkelt als een niche binnen de maakindustrie. De laagsgewijze opbouw van producten zorgt ervoor dat nagenoeg alle denkbare vormen kunnen worden gemaakt: hét voordeel van 3D printen. De laagsgewijze opbouw heeft echter ook een groot nadeel, namelijk dat de kwaliteit van (vooral) polymere objecten ondermaats is: door langzame diffusie van de macromoleculen over de lagen heen, worden lasnaden gevormd, die een zwak punt vormen en leiden tot slechte mechanische eigenschappen van het geprinte product. Dit komt vooral tot uiting in Fused Deposition Modelling (FDM), een printtechniek waarbij een polymeer filament gesmolten wordt en laag voor laag wordt gepositioneerd.
De vraag vanuit de 3D printmarkt die in dit project centraal stond was om polymeren te ontwikkelen waarmee functionele onderdelen met voldoende mechanische eigenschappen geprint kunnen worden. Het ontwerp van deze polymeren vergt fundamenteel inzicht in moleculaire ontwerp parameters.
Om nieuwe, verbeterde materialen voor de markt te kunnen ontwikkelen, is het van groot belang de parameters die van belang zijn voor 3D printen te identificeren. Het huidige onderzoek heeft hier duidelijk inzicht in gegeven en de opgedane kennis stelt de deelnemende bedrijven in staat betere filamenten op de markt te zetten die ervoor zorgen dat de nadelige mechanische effecten van de lasnaden minder prominent zijn. Zo krijgt ook 3D printen binnen medische toepassingen een grotere kans van slagen.
Aanleiding
3D-printen krijgt veel media-aandacht door de haast onbegrensde ontwerpmogelijkheden. De behaalde printsuccessen in de kunst en medische en industriële sector zorgen voor hoge verwachtingen. Niet alleen in de consumentenmarkt, maar ook in de sector voor functionele biomedische producten. De successen zijn echter grotendeels gebaseerd op metalen vormdelen en levend weefsel. Van polymere objecten zijn de printsnelheid en kwaliteit daarentegen ondermaats, zo stellen printerproducenten, dienstverleners en producenten van medische implantaten. Om 3D-printtechnieken naar een hoger plan te tillen, zijn polymeren nodig waarmee men functionele onderdelen met voldoende mechanische eigenschappen en langdurige vormvastheid kan printen binnen een acceptabel tijdspad.
Doelstelling
Hoofddoel van het project is de ontwikkeling van een selectie polymere materialen die optimaal presteren als filament ('3D-printgrondstof'). Het projectteam onderzoekt eerst de succesfactoren van meestgebruikte polymeer in 3D-printers: Polimelkzuur (PLA). Vervolgens wordt onderzocht hoe de PLA's verbeterd kunnen worden met secundaire hulpmiddelen, zoals kiemvormers en materiaalspecifieke vloeicondities. Daarna worden de moleculaire randvoorwaarden voor polyamiden en polyurethanen (twee veelbelovende polymeren) in filamentproductie onderzocht en naast de moleculaire randvoorwaarden voor 3D-printen gelegd: sluiten deze randvoorwaarden op elkaar aan of zijn er compromissen nodig? En hoe presteren op maat gemaakte polymeren?
Beoogde resultaten
Het programma beoogt drie resultaten:
1) Het ontwikkelen van hoogwaardige polymeren voor 3D-printen. Hiervoor moeten de nu losstaande processen van de waardeketen verbonden worden door professionals uit alle domeinen bij het project te betrekken.
2) Het implementeren van de verworven kennis in het onderwijs via mkb-stages bij consortiumpartners en Communities for Development (CfD's). Binnen een CfD werken studenten samen met een ervaren professional uit het bedrijfsleven. De professionals worden gecoacht door senior docent-onderzoekers van de opleiding Applied Sciences. Daarnaast zullen ook studenten en docenten van andere opleidingen van Zuyd Hogeschool, materiaaltechnologie-studenten van Fontys Leeuwenborgh (mbo) en studenten van Universiteit Maastricht participeren in de CfD's. Jaarlijks zullen minimaal 8 studenten deelnemen aan het onderzoek.
3) Verspreiding van de kennis via interne en externe nieuwsbrieven, 2 events en via de netwerken en websites van de deelnemende partijen.