Nieuwe techniek transformeert 3D-objecten in tensegrity structuren

Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben een manier ontwikkeld om 3D-geprinte objecten te laten transformeren in zelfdragende tensegrity structuren. Dit gebeurt door middel van opwarming.

De nieuwe objecten gebruiken tensegrity-structren: zelfdragende systemen opgebouwd uit een netwerk van kabels en kunststof staafjes, ook wel stutten genoemd. Dit is in eerste instantie een opgevouwen geheel maar ontvouwd zich als het verwarmd wordt (bijvoorbeeld door middel van heet water). De staafjes zijn gemaakt van vormgeheugenpolymeren.

“Tensegrity structuren zijn extreem licht in gewicht maar tegelijkertijd ook erg sterk”, aldus professor Glaucio Paulino, die tekst en uitleg geeft op de website van het instituut. “Dat is de reden dat er veel interesse voor het gebruik van deze structuren is voor de verkenning van de ruimte. Je kunt grote objecten ingepakt meenemen waardoor het weinig plek inneemt. Dat scheelt ook weer in de kosten.”

Uitzetten

Het team gebruikte 3D-printers om de stutten te maken een van de primaire componenten van de tensegrity structuur vormen. Om ervoor te zorgen dat de stutten tijdelijk plat gevouwen kunnen worden, hebben de onderzoekers ze hol gemaakt met een kleine opening die langs de lengte van de buis loopt. Elke stut heeft een bevestigingspunt aan ieder uiteinde waarmee ze aan een netwerk van elastische kabels verbonden kunnen worden. Deze zijn ook 3D-geprint.

Toen de stutten eenmaal verwarmd werden tot 65 graden, konden de researchers ze plat maken en ze vouwen in de vorm van de letter W. De afgekoelde structuren behouden dan tijdelijk deze vorm. Als alle kabels zijn vastgemaakt, kunnen de objecten opnieuw verwarmd worden om zo te transformeren naar tensegrity structuren.
“Wij geloven dat je met deze techniek een object als een antenne kan bouwen die in eerste instantie samengeperst is en weinig plek inneemt, maar als het eenmaal verwarmd wordt, stel door de hitte van de zon, zich volledig uitzet.”

Een sleutelcomponent in het laten transformeren van 3D-geprinte objecten in tensegrity structuren was het controleren van de snelheid en volgorde van de uitzetting. De vormgeheugenpolymeren stelden de researchers in staat om te bepalen hoe snel elke stut uitzet en bij welke temperatuur. Dat maakt het mogelijk om structuren te ontwerpen met stutten die achtereenvolgens uitvouwen. Als een groot en complex object te snel uitklapt, bestaat het risico dat de buisjes en kabels in elkaar gaan zitten. Daarom wordt dit aangepast op basis van het aantal bewegende delen in een tensegrity-object.

Stadions

Het Georgia-team werkt nu aan de techniek om de materialen ook weer in hun oude staat terug te laten gaan. Dat lukt nu ook al maar het materiaal gaat daardoor wel snel kapot.
De term tensegrity is een combinatie van de woorden tensional integrity. Het concept is de afgelopen jaren regelmatig gebruikt als de structurele basis voor verschillende projecten, waaronder een voetgangersbrug in Brisbane en de daken van stadions zoals de Olympische gymnastiekarena in Zuid-Korea.
Voor nu richt het team zich vooral op de ruimtevaart, maar gedacht wordt ook aan toepassingen in de medische wereld en robotica.

Onderstaande video laat goed de fascinerende transformatie zien:

Door: Kelly Bakker

Bron: Georgia Tech