Vidundermateriale skal bruges i fremtidens 3D print

Teknologisk Institut har til opgave at udvikle 3D print teknologierne til at kunne håndtere nye kompositmaterialer

Teknologisk Institut undersøger lige nu, hvordan man kan skabe nye typer produkter der udnytter vidundermaterialet graphen og dets unikke mekaniske, termiske og elektriske egenskaber. Målet er at udvikle metoder, så graphen kan bruges i plastikmaterialer til 3D print, og det kan skabe revolutionerende nye produkter til f.eks. automobil- og flyindustrien samt inden for forbrugerelektronik.

Graphen er udråbt til fremtidens vidundermateriale på grund af dets unikke mekaniske og fysiske egenskaber. Det spås at have mange potentielle anvendelser i mange forskelligartede produkter – fra forstærkede kompositmaterialer til højtteknologisk nanoelektronik. Graphen er en et-atomlag-tyk kulstofstruktur, der er hårdere end diamant, omkring 100 gange stærkere end det bedste stål og bedre ledende end kobber.

- Målet med projektet er at blive i stand til at implementere graphen i plastikkompositmaterialer. Når det sker, kan vi fremstille materialer som både er stærkere og mere alsidige, idet deres fysiske egenskaber kan tunes ved at kontrollere graphen-indholdet. På lang sigt vil vi kunne forbedre allerede kendte produkter samt udnytte materialernes specielle egenskaber til at åbne op for nye muligheder, siger ph.d og konsulent Jonas Ørbæk Hansen fra Teknologisk Institut.

Industriel kommercialisering

Teknologisk Institut er en del af det europæiske projekt NanoMaster, hvor forskere fra videninstitutioner og industri i otte lande arbejder sammen om at komme til at udnytte graphen industrielt. Konceptet for projektet er at udvikle de forarbejdningsmetoder, der er nødvendige for at opskalere produktionen af graphen- og nanografit-forstærkede termoplastiske kompositmaterialer for i sidste ende at muliggøre en industriel kommercialisering i Europa.

Første skridt er at udvikle effektive metoder til at producere graphen og fordele det jævnt i plastikpolymeren, så anvendelsen af graphen bliver konkurrencedygtig i forhold til eksisterende alternativer (f.eks. glasfiberforstærkede plastikmaterialer). Dernæst skal mulighederne ved de nye plastikkompositter demonstreres ved i samarbejde med industrielle end-users at anvende dem i egentlige komponenter/produkter, fremstillet med traditionel sprøjtestøbning eller additive manufacturing (3D print). Teknologisk Instituts rolle bliver at udvikle 3D print teknologierne til at kunne håndtere de nye kompositmaterialer.

Stor grad af fleksibilitet

Den største fordel ved additive manufacturing er den store grad af fleksibilitet i produktionen, den medfører. Da der ikke skal anvendes specialfremstillede værktøjer/forme til produktionen, kan produktionsomkostninger og time-to-market reduceres betragteligt, og produktdesignet kan nemt justeres løbende. Desuden tillader produktionsmetoden at fremstille komplekse strukturer, der ikke kan opnås gennem konventionelle plaststøbningsmetoder.

- Hvor additive manufacturing for få år siden mest blev anvendt til at fremstille prototyper, er det i dag en moden teknologi, der kan anvendes til at producere færdige produkter. Ved additive manufacturing er der næsten ingen begrænsninger i de strukturer, man kan fremstille. Dermed kan ingeniøren eller designeren fokusere på funktionalitet og udseende fremfor de begrænsninger i geometri, som typiske konventionelle produktionsmetoder medfører, siger Jonas Ørbæk Hansen.

Lette og stærke alternativer

Kompositmaterialernes potentielle anvendelser er store inden for bil- og flyindustrien og inden for forbrugerelektronik, der kan udnytte materialernes høje styrke/vægt forhold til at fremstille lette og stærke alternativer, som kan erstatte eksisterende tungere løsninger.

Målet er at reducere plastikmængden anvendt til at producere en komponent med 50 pct. og dermed reducere komponentens vægt med 50 pct. Samtidigt åbner de nye materialer op for at inkorporere nye funktionaliteter i komponenterne, der udnytter den øgede elektriske og termiske ledningsevne, f.eks. til indbyggede sensorer eller forbedret elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).

Januar 2013

Jonas Ørbæk Hansen, t.v., sammen med kollegaen Klaus Højbjerre foran SLS-maskinen på Teknologisk Institut, som anvendes til at printe plastikemnerne. Teknik-ken hedder selective laser sintering, SLS. 

Jonas Ørbæk Hansen
- ph.d og konsulent på Teknologisk Institut.