Smarte Bauteile schlagen bei Schäden sofort Alarm

Forscher des United Technologies Research Center (UTRC) und der University of Conneticut (UCONN) haben einen Weg gefunden, smarte maschinelle Komponenten zu produzieren, die selbständig Alarm schlagen, wenn sie beschädigt oder abgenutzt sind. Möglich wird das [...]

Silberfasern dienen als Sensoren, um Schäden und Abnutzungserscheinungen zu erkennen.

Forscher des United Technologies Research Center (UTRC) und der University of Conneticut (UCONN) haben einen Weg gefunden, smarte maschinelle Komponenten zu produzieren, die selbständig Alarm schlagen, wenn sie beschädigt oder abgenutzt sind. Möglich wird das durch den Einsatz einer weiterentwickelten Form des 3D-Drucks, die mit halbfester metallischer Tinte arbeitet und es erlaubt, dünne Linien mit Silberfasern in die gedruckten Bauteile einzubetten. Diese übertragen elektrischen Strom und fungieren als Sensoren, die etwaige Schäden und Abnutzungserscheinungen erkennen.

Mehr Leistung, weniger Fehler

„Dieser Ansatz ändert unsere Sicht auf die Art und Weise, wie wir Dinge herstellen“, zitiert „Phys.org“ Sameh Dardona, Leiter des Bereichs Research and Innovation am UTRC. Damit sei es nun möglich geworden, bestimmte Funktionalitäten in maschinelle Komponenten zu integrieren, um diese intelligenter zu machen. „Diese Sensoren können jede Form von Abnutzung registrieren – sogar Korrosion – und diese Information dann an den End-User weiterleiten. Das hilft uns, die Leistungsfähigkeit zu verbessern, Fehler zu vermeiden und Kosten zu senken“, so der Wissenschaftler.

Um eine bessere Vorstellung zu bekommen, wie solche Komponenten in der Praxis funktionieren, verweist Dardona auf ein Beispiel: „Stellen Sie sich vor, dass diese Sensoren in die Keramikbeschichtung einer Turbinenschaufel eines Düsenjetmotors eingebettet sind. Solche Turbinenteile sind enormen physikalischen Belastungen und Hitze ausgesetzt. Schon ein mikroskopisch kleiner Riss in der Beschichtung, der für das menschliche Auge unsichtbar ist, könnte katastrophale Folgen haben. Mithilfe integrierter Sensoren kann man den Mechaniker automatisch alarmieren und den Schaden rechtzeitig beheben.“

Volt-Messungen in Echtzeit

Feine parallele Linien von Silberfasern, die jeweils mit einem winzigen 3D-gedruckten Transistor verbunden sind, werden in maschinelle Komponenten eingebettet. Sobald Spannung fließt, bilden die vernetzten Linien einen elektrischen Schaltkreis. „Wenn ein Teil beschädigt wird, führt das dazu, dass eine oder mehrere Linien durchtrennt werden, was wiederum den Schaltkreis unterbricht“, erläutert Dardona. Mittels Volt-Messungen in Echtzeit können Ingenieure kontrollieren, ob es irgendwo Schäden oder Abnutzungserscheinungen gibt, ohne dafür eine Maschine in ihre Einzelteile zerlegen zu müssen.

Das Team aus UTRC- und UCONN-Forschern hat es geschafft, Sensorlinien in Komponenten einzubauen, die gerade einmal 15 Míkrometer dick sind und 50 Mikrometer auseinander liegen. „Das ist viel dünner als ein menschliches Haar. Das ermöglicht das Aufspüren von sehr kleinen Fehlern und Schäden“, betonen die Forscher abschließend.


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