Image default
Bedrijven Economie Materiaal Techno telex

VUB-onderzoekers integreren sensoren die metaalmoeheid detecteren in machineonderdelen

Frans Steenhoudt

Onderzoekers van het Departement Toegepaste Mechanica aan de Vrije Universiteit Brussel zijn erin geslaagd metalen onderdelen te bouwen die automatisch aangeven wanneer ze overbelast worden of schade leiden. Ze integreerden daartoe druksensoren die in holten worden aangebracht die in 3D-geprinte metalen worden voorzien. De sensoren worden op die manier in de metaalstruktuur zelf aangebracht. Met de sensoren kan vroegtijdig metaalmoeheid gedetecteerd worden.

Met de inzet van slimme onderdelen die zelf schade of overbelasting detecteren kan het risico op metaalmoeheid en de gevolgen ervan ingeperkt worden. “Tijdens het productieproces worden op kritische plaatsen buisjesvormige uitsparingen in het onderdeel ingebouwd, die nadien gevuld worden met een gas of vloeistof onder druk”, zegt dr. ir. Michaël Hinderdael (VUB). “De druk wordt tijdens het gebruik van het onderdeel geregistreerd door een druksensor. De sensor meldt verschillen in druk. Die drukverschillen ontstaan als de de vloeistof of het gas in de holte kan ontsnappen omdat er een scheur doorheen gegroeid is.”
Omdat de sensor elk verschil in druk registreert, kan ook de belasting op het onderdeel gemeten worden. Metalen vervormen bij belasting. De uitsparing in het metaal vervormt mee en dat verandert de druk. De toepassing laat toe om continu metingen uit te voeren, ook op kritische locaties die tijdens traditionele onderhoudsbeurten moeilijk of niet toegankelijk zijn en dus nauwelijks gecontroleerd kunnen worden. Hierdoor wordt de veiligheid gevoelig verhoogt. De technologie zal bovendien de onderhoudskosten flink doen dalen omdat het onderhoud beter kan worden afgestemd op de werkelijke gezondheid van de onderdelen.
Vele rampen met transportmiddelen zoals treinen en vliegtuigen, grote machines als windturbines en bruggen worden veroorzaakt door metaalmoeheid. Metaalmoeheid wordt op zijn beurt veroorzaakt door groter wordende breuken in het metaal als gevolg van een langdurige wisselende belasting. De breuken beginnen als een microscopisch scheurtje en groeien quasi onzichtbaar uit tot scheuren met macroscopische afmetingen, waardoor het metaal aan stevigheid inboet.
Er spelen veel factoren spelen een rol bij het ontstaan van metaalmoeheid, zoals een foute materiaalkeuze, een te ruwe afwerking of een beschadigd metaaloppervlak. Ook het ontwerp kan een rol spelen, alsook het onderschatten van de dynamische belasting of een slecht onderhoud, waardoor onderdelen niet tijdig vervangen worden. Het voorkomen van metaalmoeheid is daarom ook heel moeilijk: materiaalkeuze, ontwerp, belasting, productie en onderhoud moeten perfect op elkaar afgestemd zijn.
“De ontwikkeling van de geïntegreerde oplossing voor schadedetectie en belastingmeting in metalen 3D-geprinte onderdelen is pionierswerk” zegt Hinderdael. “Het 3D-printen maakt het nu mogelijk om aan de binnenkant van een onderdeel functies te integreren. Dit was niet mogelijk met de traditionele productietechnieken.”

Hoger Instituut voor Schone Kunsten (HISK) uit Gent krijgt poot in Brussel

frans

Twee Ukkelse wetenschappelijke satellieten klaar voor lancering

Christian Du Brulle

3 miljoen jaar oud skelet uit Antwerpse haven is nieuw puzzelstuk in evolutie van walvissen

frans