Oplosbare 3D-geprinte mal maakt lichtere tanks voor waterstof mogelijk

Het Amerikaanse Oak Ridge National Laboratory (ORNL), onderdeel van het ministerie van Energie, presenteerde een nieuwe manier om drukvaten te maken voor de opslag van waterstof, aardgas, stikstof en helium. De sleutel is een mal die na gebruik gewoon in water oplost. Onderzoeksleider Ahmed Arabi Hassen werkte samen met het ruimtevaartbedrijf Infinite Composites, printbedrijf JuggerBot 3D en Oklahoma State University aan de techniek.

Tanks voor gassen onder hoge druk worden steeds vaker gemaakt van composietmateriaal in plaats van metaal, omdat dat lichter is. Het probleem zit in de productie: om de vorm van de tank te bepalen, hebben fabrikanten een intern mal nodig, een zogeheten mandrijn. Die mal moet na het uitharden van het composiet weer verwijderd worden, wat vaak alleen kan met dure metalen gereedschappen of ingewikkelde demontagesystemen.

Een mal die vanzelf verdwijnt

Het ORNL-team loste dit op met een speciaal ontwikkeld polymeer dat oplosbaar is in water. Met behulp van grootschalige additieve fabricage, beter bekend als 3D-printen, printten de onderzoekers daarmee een mandrijn in de gewenste vorm van de toekomstige tank. Vervolgens wikkelden ze koolstofvezel om deze mal om de buitenwand van het drukvat te vormen. Nadat het composiet was uitgehard, dompelden ze het geheel in water, waarna de mal volledig oploste. Het resultaat is een hol, lichtgewicht drukvat zonder vaste binnenbekleding, dat ze afsloten met een coating die gas tegenhoudt.

Dit type tank, een zogeheten Type V-drukvat, geldt als de volgende stap in lichte, hogedrukopslag van gas. Tot nu toe was het produceren ervan lastig, vooral door de complexiteit van het inwendige gereedschap. De nieuwe methode maakt dure metalen mallen en oplosmiddelen overbodig, en kan daardoor ook de productie van grote drukvaten vereenvoudigen.

Lichter, goedkoper en nauwkeuriger

Volgens Hassen levert de techniek niet alleen een lichtere tank op, maar ook een nauwkeurigere vorm, omdat 3D-printen precies herhaalbaar is. Omdat de mal oplost in plaats van mechanisch verwijderd te worden, vervallen ingewikkelde verwijderingssystemen en kan de productie sneller en goedkoper verlopen. Dat is relevant voor sectoren die lichte opslag onder hoge druk nodig hebben, zoals de luchtvaart, defensie, transport en energie-industrie, waaronder de opslag van waterstof voor brandstofcellen.

Het onderzoek vond plaats op de Manufacturing Demonstration Facility van het Amerikaanse ministerie van Energie en werd gefinancierd door het Office of Critical Minerals and Energy Innovation. Hassen noemt het resultaat een voorbeeld van hoe geavanceerde productietechnieken en samenwerking tussen kennisinstellingen en bedrijven nieuwe technologie dichter bij praktische toepassing kunnen brengen.