van structureel naar functioneel - Metaal Magazine...Het thema voor de tiende editie van Materials...
Transcript of van structureel naar functioneel - Metaal Magazine...Het thema voor de tiende editie van Materials...
30 j a a r g a n g 4 9 | w w w . m e t a a l m a g a z i n e . n l | 4 - 2 0 1 1
Het thema voor de tiende editie van Materials Engineering, op 25 en 26 mei 2011 in het Beursgebouw in Eindhoven, is
‘Functional & Smart Materials’. De beursorganisatie, Bureau Bosman eveneens uit Eindhoven, wil hiermee onderstrepen dat
tegenwoordig niet het materiaal zélf centraal staat, maar veeleer de functie die je met het materiaal kunt vervullen.
‘Dematerialisatie’ is volgens de beursorganisatie
een eigentijdse ontwikkeling die eind mei in
Eindhoven te zien is: hoe minder materiaal hoe
beter. Deze trend beperkt zich overigens niet
tot materialen alleen: een productontwerper
krijgt steeds vaker de vraag om ook het aantal
onderdelen drastisch te reduceren. Ook dit re-
sulteert in nieuwe uitdagingen voor de materi-
aalselectie en de bijhorende maakprocessen.
We zien een verschuiving van structurele naar
functionele materiaaltoepassingen gekoppeld
aan een verschuiving van materiaalselectie naar
productieprocessen.
In de klassieke werktuigbouw kregen structu-
rele eigenschappen als taaiheid, hardheid en
sterkte veel aandacht. Alhoewel het maar de
vraag is of je deze als puur structureel kunt ka-
rakteriseren. Bijvoorbeeld een hoge hardheid is
Een mooi voorbeeld van een eigentijdse materiaaltoepassing. Door middel van verspanen met een diamantbeitel op een speciale draaimachine krijgt deze grote koperen
schijf een oppervlak met meer dan 6000 groefjes. Vervolgens wordt deze schijf als een master ingezet voor het afvormen van grote Fresnel-lenzen. Een klassiek materiaal
krijgt in deze toepassing door middel van een klassiek bewerkingsproces bijzondere optische eigenschappen (foto: NASA Marshall Space Flight Center Collection)
Hoe minder materiaal hoe beter
Materials Engineeringvan structureel naar functioneel
27-28-29_Beurs 12-04-11 09:25 Pagina 30
j a a r g a n g 4 9 | w w w . m e t a a l m a g a z i n e . n l | 4 - 2 0 1 1 31
B E U R S
Materials Engineering inteken van veranderingDe eerste Materials Engineering vond
plaats in 1993. Termen als nanotechnolo-
gie, cradle2cradle, upgrading van herver-
werkte materialen en smart materials
hoorde je niet of nauwelijks. Hightech-
materialen, waaronder composieten,
werden in die periode beschouwd als de
toekomst voor de industrie, maar nu vor-
men ze tevens onderwerp van kritische
discussie.
vaak ook een gewenste functie. We zien nu dat
andere functies aan belang winnen. Denk aan
lichtgeleiding, kleurverandering, opslag van
warmte in faseverandering, omslag van water-
afstotend naar wateraantrekkend, vormveran-
dering, elektrische geleiding en zelfherstellende
materialen. De meeste innovaties op dit mo-
ment vinden plaats op het gebied van uitbrei-
ding en verbetering van die extra functionele ei-
genschappen. Dit is goed herkenbaar tijdens
Materials Engineering.
Het tweede punt, de verschuiving van materiaal
naar productieprocessen, komt omdat de pro-
ductiemogelijkheden worden aangepast aan
gewenste functionele eigenschappen. De trend
is zoveel mogelijk gewenste eigenschappen in
één materiaal samen te brengen. Het is te ver-
wachten dat het ontwerpen van materialen zich
aan het ontwikkelen is tot een apart vak. Toch
bestaat er nog geen beroepsgroep materiaal-
ontwerpers, naast bijvoorbeeld constructeurs en
productontwerpers. Bijzonder is dat materialen
steeds meer ten behoeve van één specifieke
producttoepassing ontworpen worden, met
name composieten. Anderzijds zien we dat in
één materiaal steeds meer functies geïnte-
greerd worden.
Hieronder wat trends en nieuwsfeiten die tij-
dens Materials Engineering aandacht krijgen en
het bovenstaande betoog illustreren.
Dit jaar neemt Agentschap NL deel aan de vak-
beurs Material Engineering. Deze organisatie
voert het Nederlandse Innovatiegerichte Onder-
zoeksprogramma (IOP) Self Healing Materials uit.
Dit IOP houdt zich bezig met de ontwikkeling van
zelfherstellend gedrag in vijf verschillende mate-
riaalklassen: polymeren en composieten, metalen
en keramische materialen, asfalt en beton, coat-
ings en, meer recent, functionele materialen zoals
zelfherstellende batterijen, zelfherstellende mi-
crochips en andere micro-elektronica. Een voor-
beeld is het zelfherstellende asfalt. Dit asfalt is
ontwikkeld door de TU Delft en het IOP Self He-
aling Materials. Beschadigingen en kleine scheu-
ren in de weg herstellen zichzelf, doordat in het
asfalt metalen deeltjes zijn verwerkt die een zelf-
herstellende werking van het asfalt bewerkstelli-
gen (www.agentschapnl.nl/iop).
CZL vraagt tijdens Materials Engineering aan-
dacht voor twee recente investeringen. De ca-
paciteit op het gebied van slijpen is uitgebreid
door de aanschaf van een Wotan-binnenslijp-
machine. De machine is sinds januari 2011 ope-
rationeel. Hiermee komt de bewerking van on-
derdelen met een diameter tot 1400 mm en een
lengte van 2500 mm binnen bereik van CZL. In
het laatste kwartaal van 2010 heeft CZL een
nieuwe Trumpf-laserlasser aan het machinepark
toegevoegd. Deze laserlasser heeft een ‘teach -
able’ bereik van één kubieke meter. De installa-
tie is uitgerust met de ‘puls-shaping’ technolo-
gie die borg staat voor een hoge mate van
nauwkeurigheid (www.czltilburg.nl).
Medische toepassingen zijn een groeimarkt. Op de foto een POM-clip met een massa van 0,003 g die in een
viervoudig gereedschap gespoten wordt met een cyclustijd van 4 s. Hier zie je dat een nieuw toepassingsgebied
voor een bekende kunststof ontsloten wordt door de microspuitgiettechniek. Ook metalen als bijvoorbeeld
titaan vinden in toenemende mate hun weg naar medische toepassingen (foto: Wittmann Battenfeld)
Met de opgroeitechnologie selectief lasersmelten zijn metalen producten te maken met complexe vormen, met
contourvolgende inwendige kanalen en het is bijvoorbeeld mogelijk om een RFID-chip in het deel te integreren.
Dit is een chirurgisch instrument. Het opgroeien kan van kobaltchroomstaallegeringen of van titaan. Hier zie je
dat je productiemogelijkheid resulteert in gewenste functionele eigenschappen (foto: Fraunhofer)
27-28-29_Beurs 12-04-11 09:25 Pagina 31
j a a r g a n g 4 9 | w w w . m e t a a l m a g a z i n e . n l | 4 - 2 0 1 1 33
Aluminium- en Innovatieplein op beursvloerIn samenwerking met het Aluminium Centrum wordt er op de beursvloer een Aluminiumplein
gecreëerd. Dit plein wordt opgezet voor leden van het Aluminium Centrum en biedt de kans
om noviteiten op het gebied van aluminium te presenteren en te introduceren aan de markt
(www.aluminiumcentrum.nl). Tevens presenteert beursorganisatie Bureau Bosman in samen-
werking met Syntens een Innovatieplein (www.syntens.nl).
Verder is er ook nog een Material Design Pavilion, in samenwerking met Stichting Material De-
sign, waar aandacht geschonken wordt aan het ontwerpen van materialen en een Knowledge
Boulevard, waar kennisinstituten en overheid als collectief bij elkaar staan.
Mareco vraagt tijdens de beurs aandacht voor
‘Micro Prototyping’ van kunststofproducten.
Het is nu mogelijk om met een bouwresolutie
van 16 micrometer kunststofprototypes te ge-
nereren. De gebruikte techniek is fotopolymeri-
satie waarbij diverse monomeren en acrylaten
worden ingezet. Bij deze opgroeimethode
wordt gebruikgemaakt van de DLP/DMD-tech-
niek (Digital Light Processing/Digital Micromir-
ror Device). De machines bij Mareco Prototyping
kunnen met drie verschillende lenzen werken
waarbij het kleinste bouwveld 40 mm x 30 mm
bedraagt. De genoemde resolutie van 16 micro-
meter is op dít bouwveld haalbaar. Naast deze
resolutie zijn er opstaande elementen met een
diameter van bijvoorbeeld 0,20 mm over een
bouwhoogte van 5 mm realiseerbaar. Maar ook
gaatjes met een diameter van 0,30 mm, over
een lengte van maximaal 3 mm indien vertikaal
opgebouwd en over een lengte van 20 mm tot
30 mm indien horizontaal opgebouwd. De
totale realiseerbare bouwhoogte bedraagt
230 mm (www.mareco.nl).
Functionele oppervlakken is een thema van Ma-
terials Engineering. Het Europese project Nano-
coat bijvoorbeeld werkt aan een nieuwe me-
thode om nanostructuren te genereren op alu-
minium. Als de grootte van de hexagonale oxi-
decellen die ontstaan tijdens het anodiseren
kunnen verkleind worden tot nanoschaal, ont-
staan zeer kleine geordende structuren op het
oppervlak die tot nieuwe of verbeterde eigen-
schappen aanleiding geven. Denk aan betere
slijtageweerstand en diepere en krasbestendige
kleuring. De nanogestructureerde oxidelaag
kan ook van het aluminium substraat gehaald
worden, waardoor zeer dunne poreuze filmen
ontstaan die eventueel toepassing kunnen vin-
den als microfiltratie membranen, of voor de
opslag van waterstof (http://cordis.europa.eu).
Tijdens Materials Engineering laat Recticel mon-
sters zien van nieuwe toepassingen van kunst-
stofschuim. Onder andere een schuim met een
groot vochtopnemend vermogen, dat echter
ook vloeistoffen kan scheiden. Daarnaast een
PUF-poeder. Dit is een gemalen HR-schuim met
een gemiddelde deeltjesgrootte van 100 micro-
meter dat de thixotropie van vloeistoffen kan
veranderen en een abrasieve werking heeft
(www.recticel.com).
Saffir is actief met onder andere nieuwe verbin-
dingstechnieken tussen aluminium en staal. Saf-
fir werkt momenteel aan een publicatie over
nieuwe verbindingstechnieken tussen staal en
aluminium. Tijdens de beurs zullen ook voor-
beelden van verbindingstechnieken te zien zijn,
waaronder een aantal hoogwaardige en inte-
ressante lasverbindingen (www.saffir.nl).
Lichtgewicht construeren is tijdens de materia-
lenbeurs een thema voor Zollern. In samenwer-
king met Alpha Racing en Edag is voor BMW een
verende achtervork voor een racemotor ontwik-
keld, een zogeheten ‘swingarm’, waarbij een
gietconstructie een gefreesde uitvoering ver-
vangt. De arm wordt door Zollern gegoten van
de aluminiumlegering A 357. Het onderdeel
met de afmeting 650 mm x 260 mm x 350 mm
heeft een eigen massa beneden de 6 kg. De la-
gere massa is van belang omdat een reductie
van een ongeveerde massa leidt tot betere rij-ei-
genschappen. Zollern giet dit motordeel door
middel van het zogeheten ‘Sophia’ gietprocedé.
Dit is een fijngietproces waarbij door gestuurde
afkoelsnelheden de materiaalstructuur beïn-
vloed wordt. Dik- en dunwandige delen worden
gelijkmatig snel afgekoeld, hetgeen resulteert in
een fijnkorrelige structuur met een
hoge dichtheid. Bij de swingarm van BMW zijn
wanddiktes onder de 2 mm haalbaar (www.zol-
lern.nl). <<<
Dit artikel is onder andere samengesteld aan de hand
van informatie die verzameld is op de site van Materi-
als Engineering (www.materialsengineering.nl). Hier is
ook meer informatie over de beurs te vinden.
B E U R S
In Duitsland is vorig jaar onder de benaming ‘TiFoam’ een titaanschuim ontwikkeld van de Ti-legering Ti6A14V.
Deze metalen schuimstructuur blijkt een interessant materiaal te zijn als vervanging van botten in het menselijk
lichaam. Onder andere voor reparatie van de menselijke wervelkolom. Het schuim wordt gemaakt door middel
van een afvormprocedé. Een PU-schuim wordt geïmpregneerd met een bindmiddel en fijn titaanpoeder. Het
metaalschuim ontstaat door verdamping van de kunststof en het bindmiddel (foto: Fraunhofer)
27-28-29_Beurs 12-04-11 09:25 Pagina 33