24/08/2023
Door Ad Spijkers
Samen met Leichtwerk en Jowat heeft het instituut een duurzame multicopter ontwikkeld.
Dankzij een efficiënt, biobased ontwerp en modulaire constructie is de nieuwe drone aanzienlijk duurzamer dan vergelijkbare conventionele systemen. Het Fraunhofer-Instituut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) in Braunschweig heeft functionele materialen, productieprocessen voor vormdelen en geschikte coatings ontwikkeld.Het uit hernieuwbare grondstoffen vervaardigde multicoptersysteem heeft een startmassa van ruim 25 kg en een groot laadoppervlak en kan dankzij het modulaire ontwerp worden aangepast voor specifieke toepassingen. Het dronesysteem heeft een water- en stofdicht ontwerp.
Materiaalkeuze
De civiele markt voor drones groeit al enkele jaren, waarbij vooral multicopters veel vraag hebben. De marktgroei leidt tot een grote vraag naar kritische materialen voor de productie van de luchtvaartuigen. Het doel was om een multicoptersysteem te ontwikkelen, gebaseerd op hernieuwbare, regionaal beschikbare grondstoffen. De multicopters die momenteel op de markt zijn, zijn meestal gemaakt van met vezels versterkte kunststoffen. Voor het nieuwe multicoptersysteem moeten grotendeels grondstoffen worden gebruikt die in Duitsland worden geproduceerd.
Het totaalconcept voor het multicoptersysteem kwam van Leichtwerk, eveneens in Braunschweig, dat het gezamenlijke project coördineerde en de luchtvaartontwikkeling uitvoerde. Voor testen en optimalisatie zijn uitgebreide operationele en vliegtests uitgevoerd. Projectpartner Jowat in Detmold kreeg de ontwikkeling van geschikte lijmsystemen toevertrouwd. Auro uit Braunschweig leverde coatingsystemen op basis van hernieuwbare grondstoffen, die werden getest voor gebruik in de drone.
Duurzaam
Tot nu toe worden conventionele, met vezels versterkte kunststoffen gebruikt voor bijna alle multicopters die op de markt verkrijgbaar zijn. Deze bestaan meestal uit koolstof-, glas- of aramidevezels en door de petrochemie vervaardigde polymeren. Sommige van hun hoge specifieke sterkte en stijfheid overtreffen de belastingsvereisten van multicopters. Het doel bij Fraunhofer WKI was het ontwikkelen en produceren van op maat gemaakte, duurzamere materialen die voldoende voldoen aan de belastingseisen en voornamelijk uit hernieuwbare bronnen bestaan. Belangrijk was ook belangrijk dat defecte componenten gemakkelijk konden worden vervangen.
Voor de nieuwe multicopter worden de volgende materiaalklassen gebruikt:
- gelaagde materialen gemaakt van 3D-fineer,
- natuurlijke met vezels versterkte kunststoffen op basis van thermoharders
- thermoplastisch verwerkbare, natuurlijke, met vezels versterkte biokunststoffen.
Door verschillende benaderingen te testen, werden processen ontwikkeld om componenten op fineerbasis in de gewenste vorm te implementeren. Ook konden de onderzoekers processen ontwikkelen om componenten te produceren uit vlasvezelprepreg en vlasstof.
Om de materialen te optimaliseren voerden de onderzoekers verschillende tests uit, onder meer op het gebied van stijfheid, sterkte, wateropname en zwelling. De coatings waren onder andere getest met behulp van kunstmatige en natuurlijke verweringscycli.
Foto: Leichtwerk