Marine test drone-onderdelen die stroom geleiden dankzij nieuw 3D-printen

Onbemande vliegtuigen, ook wel UAV's genoemd, zitten vol bekabeling. Elke sensor, camera en elektronisch systeem heeft eigen draden, connectoren en bevestigingspunten nodig. Dat kost gewicht, ruimte en onderhoud. Het Amerikaanse bedrijf Continuous Composites wil die bekabeling deels overbodig maken door elektrische geleiders rechtstreeks te verwerken in de composietmaterialen waarvan drone-onderdelen zijn gemaakt. De Amerikaanse marine vindt het idee kansrijk genoeg om er een Phase II-contract voor toe te kennen, onderdeel van het Amerikaanse SBIR-programma waarmee de overheid veelbelovende technologie bij kleine en middelgrote bedrijven financiert.

Draad wordt onderdeel van de romp

De techniek die Continuous Composites gebruikt heet CF3D, kort voor continuous fiber 3D printing. Bij deze vorm van additieve fabricage wordt tijdens het printen voortdurend versterkingsvezel meegevoerd, in plaats van dat een laag na laag los materiaal wordt neergelegd. Daardoor kunnen ingenieurs precies bepalen hoe vezels binnen een onderdeel liggen. Diezelfde precisie maakt het mogelijk om tegelijkertijd elektrische componenten in het materiaal te printen, zoals koperdraad of glasvezelkabels voor datatransport.

In een eerdere testfase, Phase I, bouwde het bedrijf al panelen van glasvezelcomposiet met daarin geïntegreerde koperdraad en optische vezels. Mechanische tests moesten uitwijzen of die toegevoegde geleiders de sterkte van het materiaal aantastten. Dat bleek nauwelijks het geval. Ook elektrische tests bevestigden dat het basisprincipe werkt: een structureel onderdeel kan tegelijk dienstdoen als stroom- of datakabel.

Meer vermogen, zwaardere belasting

In de nieuwe fase, die 30 maanden duurt, wil Continuous Composites een stap verder gaan. De geleiders moeten meer stroom kunnen verwerken en blijven functioneren in onderdelen die daadwerkelijk belasting dragen tijdens de vlucht. Dat vraagt om zorgvuldige elektrische isolatie: de geleiders mogen geen zwakke plekken creëren in een onderdeel dat mechanisch stevig moet blijven. Het team test de aanpak eerst op kleine testmonsters, coupons genoemd, en vervolgens op grotere deelstructuren.

Na de onderzoeksfase volgt een optionele periode van een jaar waarin een compleet functioneel onderdeel wordt gedemonstreerd. Zo'n test moet laten zien of de techniek ook buiten het laboratorium overeind blijft. Directeur Steve Starner van Continuous Composites zegt dat het bedrijf met dit project een stap zet van het printen van pure draagstructuren naar het printen van onderdelen die ook een actieve functie vervullen.

Het idee past in een bredere trend bij het Amerikaanse ministerie van Defensie om militaire platforms te vereenvoudigen. Minder losse bekabeling betekent minder onderdelen die kunnen breken, minder verbindingspunten die vocht of vuil kunnen doorlaten, en minder tijd die monteurs kwijt zijn aan reparaties in het veld. Voor een onbemand luchtvaartsysteem dat in lastige omstandigheden moet opereren, kan dat directe gevolgen hebben voor hoe snel een toestel weer inzetbaar is na schade.