Nieuws

Slim onderdeel detecteert metaalmoeheid

Resultaat na vermoeiingstest: breukoppervlak van een 3D-geprint stuk, met daarop aangeduid de vermoeiingsscheur bij detectie door het eSHM systeem (smart material) (foto: VUB)

Metalen onderdelen die zelf kunnen aangeven als ze overbelast worden of schade of breuk oplopen. Onderzoekers van de Vrije Universiteit Brussel hebben via additive manufacturing metalen onderdelen geprint met sensoren in het materiaal geïntegreerd. Slimme onderdelen kunnen mogelijke schade of overbelasting en dus rampen voorkomen, aldus het onderzoeksteam.

“De ontwikkeling van de geïntegreerde oplossing voor schadedetectie en belastingmeting in 3D metaal geprinte onderdelen is pionierswerk”, vertelt dr. ir. Michaël Hinderdael van het Departement Toegepaste Mechanica aan de Vrije Universiteit Brussel.

“Het 3D printen maakt het mogelijk om aan de binnenkant van een onderdeel te werken en hierin functies te integreren. Dit was tot nu toe niet mogelijk met de traditionele productietechnieken.”

Transport, infrastructuur en machines

Veel rampen met transportmiddelen, grote infrastructurele bouwwerken of machines zijn terug te leiden tot metaalmoeheid, stelt de vakgroep. Denk aan ongelukken met treinen, vliegtuigen, windturbines, bruggen, of (roterende) machines.

Metaalmoeheid is een breuk in het materiaal als gevolg van een langdurige wisselende belasting. De breuk begint als een microscopisch scheurtje in het metaal en groeit ‘sluipend’ uit naar grotere afmetingen.

Metaalmoeheid ontstaat door diverse factoren, zoals onjuiste materiaalkeuze, een ruwe afwerking of een beschadigd metaaloppervlak, een verkeerd ontwerp met scherpe overgangen, of het onderschatten van dynamische belastingen en slecht onderhoud waaronder een onderdeel niet tijdig wordt vervangen.

Om metaalmoeheid te voorkomen moeten materiaalkeuze, ontwerp, belasting, productie en onderhoud perfect op elkaar afgestemd zijn. Dat is in de praktijk vaak heel lastig.

Overbelasting detecteren

Met de inzet van slimme onderdelen die zelf schade of overbelasting detecteren kan het risico op metaalmoeheid en de gevolgen ervan ingeperkt worden.

De onderzoekers zijn er nu in geslaagd een detectiesysteem met sensoren te integreren in 3D geprint metalen onderdelen.

“Tijdens het productieproces worden op kritische plaatsen buisjesvormige uitsparingen in het onderdeel ingebouwd, die nadien gevuld worden met een gas of vloeistof onder druk”, legt Hinderdael uit.

Druksensor in het metaal

“De druk wordt tijdens het gebruik van het onderdeel geobserveerd door een druksensor. Die sensor meldt verschillen in druk, bijvoorbeeld als de druk kan ontsnappen doordat er een scheur doorheen gegroeid is.”

Omdat de sensor elk verschil in druk registreert, kan ook de belasting op het onderdeel gemeten worden. Wordt het metaal namelijk belast, dan vervormt het. De uitsparing in het metaal vervormt mee en dat verandert de druk.

De toepassing zorgt ervoor dat continu metingen uit te voeren zijn, ook op kritische locaties die tijdens traditionele onderhoudsbeurten door hun ontoegankelijkheid niet of moeilijk gecontroleerd kunnen worden. Dit verhoogt het veiligheidsniveau aanzienlijk.

Scheelt onderhoudskosten

De technologie maakt tevens dat onderhoudskosten flink omlaag kunnen, omdat het onderhoud beter afgestemd kan worden op de werkelijke conditie van de onderdelen.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven