Roman Nass

Gepostet von Mitarbeitern | 29. November 2022

Eine zum Patent angemeldete Nassmischmethode, die von Forschern der Purdue University entwickelt wurde, ermöglicht die gleichmäßige Verteilung elektrisch leitfähiger Partikel in Filamentpolymeren für den auf Fused Deposition Modeling basierenden 3D-Druck. Der Durchbruch integriert Sensorfunktionen in das 3D-gedruckte Teil und ermöglicht so die schnelle Umwandlung von Prototypen in voll funktionsfähige Komponenten.

Herkömmlicher 3D-Druck erstelle Prototypen ohne Sensorfunktionen, erklärte eine Pressemitteilung von Purdue und fügte hinzu, dass dem Teil nachträglich Sensoren hinzugefügt werden müssten, wenn Bewertungen vorgenommen werden sollen. Der Vorgang ähnelt dem Hinzufügen von Streuseln zu Keksen nach dem Backen. „Die Streusel befinden sich nur auf der Außenseite des Kekses. Herkömmliche Dehnungsmessstreifen vom Folientyp, die am häufigsten verwendeten Dehnungssensoren, werden mit einem Epoxidharz auf die Oberfläche eines gedruckten Teils geklebt“, erklärte Brittany Newell, außerordentliche Professorin am Institut School of Engineering Technology am Purdue Polytechnic Institute. „In dieser Arbeit werden die Streusel jedoch vor dem Backen in den gesamten Keksteig gegeben. Das bedeutet, dass die Sensorfunktionen ein inhärenter Teil der gedruckten Komponente sind und die Erfassung des Inneren der Komponente ermöglichen. Im Gegensatz zu Streuseln sind diese Sensoren zu klein, um gesehen zu werden.“ ohne Mikroskop. Ihre winzige Größe ermöglicht es dem gedruckten Teil, die Festigkeit beizubehalten, die sonst aufgrund der eingebauten großen Sensoren verloren gegangen wäre, und gleichzeitig vollständig integrierte Sensorfunktionen zu erreichen“, sagte Newell.

Newell, sein außerordentlicher Professor Jose M. Garcia-Bravo, und Tyler Tallman, Assistenzprofessor an der School of Aeronautics and Astronautics am College of Engineering, entwickelten die Nassmischmethode mit entscheidenden Beiträgen von Cole Maynard, der im August seinen Doktortitel erlangte , und Doktorand Julio Hernandez.

Das Purdue-Nassmischverfahren sorgt für eine gleichmäßige Partikelverteilung im gesamten Filament. Da die Sensoren gleichmäßig im Filament verteilt sind, können Hersteller und Forscher Teile mit einer größeren Vielfalt an Formen entwerfen, heißt es in der Pressemitteilung.

„Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen es Benutzern, komplexe 3D-Strukturen mit eingebetteten Dehnungsmessstreifen zu erstellen und so herkömmliche Prototypenteile schnell in voll funktionsfähige und strukturell bewertbare Teile umzuwandeln“, sagte Newell. „Eine Einschränkung der Anwendung von 3D-gedruckten Teilen liegt in ihrer Haltbarkeit. Mit dieser Entwicklung können wir den strukturellen Zustand des Teils mit dem im Druck eingebetteten Sensor kontinuierlich überwachen.“

Laut den Forschern erweitert die Technik die elektrischen Anwendungen von 3D-gedruckten Teilen und Sensordesigns erheblich und die elektrischen und mechanischen Eigenschaften können „abgestimmt“ werden, um den Sensor oder das Teil für eine gewünschte Anwendung zu optimieren.

Das neuartige Nassmischverfahren sei nicht auf die Sensorleitfähigkeit beschränkt, fügte Newell hinzu. „Diese Arbeit kann weiter ausgeweitet werden, um mit der gleichen Nassmischmethode weitere Partikeltypen hinzuzufügen. Dies könnte die Zugabe magnetischer Partikel für elektromagnetische Felder, fluoreszierender Partikel und anderer Funktionalitäten umfassen“, sagte Newell.

Die Forschung wurde in der Juli-Ausgabe 2022 der Fachzeitschrift Advanced Engineering Materials und in den Ausgaben 2020, 2021 und 2022 der Zeitschrift American Society of Mechanical Engineers Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems veröffentlicht. Die Forscher haben Fördermittel vom Naval Engineering Education Consortium erhalten, einem Programm der NAVSEA-Kriegsführungszentren mit dem Ziel, Partnerschaften zwischen der Marine und Hochschuleinrichtungen zu pflegen.

Die Forscher legten die Innovation dem Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization offen, das ein Patent auf das geistige Eigentum angemeldet hat. Industriepartner, die diese Innovation weiterentwickeln möchten, sollten sich unter Angabe der Referenznummer 69740 an Dhananjay Sewak (email protected) wenden.

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