IM2019NL

Nummer 1 2019

DIGITAAL HOUT 3D-PRINTEN VAN TRANSPARANT GLAS SMART MATERIALS, DEEL 1 HET MAURITSHUIS PROJECT ‘BIOSOLIDS MAKEN BAKSTENEN DUURZAMER’ GOUD UIT HET RIOOL

INHOUD Innovatieve Materialen is een vaktijdschrift over ontwikkelingen op het gebied schrift gericht op de civieltechnische sector en bouw. Het bericht over ontwikvan duurzame, innovatieve materialen kelingen op het gebied van duurzame, inen/of de toepassing daarvan in bijzondenovatieve materialen en/of de toepassing re constructies. daarvan in bijzondere constructies.

Innovatieve Materialen werkt nauw samen met Stichting MaterialDesign Innovatieve Materialen is een uitgave van Civiele Techniek, onafhankelijk vaktijdUitgeverij schrift voor civieltechnisch SJP Uitgevers ingenieurs werkzaam in de grond-, weg- en waterbouw en verkeerstechniek.

Postbus 861 4200 AWopen Gorinchem De redactie staat voor bijdragen tel. (0183) 66 daartoe 08 08 contact van vakgenoten.

U kunt e-mail:opnemen info@innovatievematerialen.nl met de redactie. www.innovatievematerialen.nl

Hoofdredactie: Gerard van Nifterik

Uitgeverij

Advertenties

SJP Uitgevers Drs. Petra Schoonebeek e-mail: ps@innovatievematerialen.nl Postbus 861

4200 AW Gorinchem Een digitaal abonnement tel. (0183) 66 08 08in 2019 (6 uitgaven) kost € 39,50 (excl. BTW) e-mail: info@innovatievematerialen.nl www.innovatievematerialen.nl KIVI-leden en studenten: € 25,- (excl. BTW) Een papieren abonnement in 2019 kostRedactie: € 65,- (excl. BTW) Zie ook:Bureau www.innovatievematerialen.nl Schoonebeek vof Hoofdredactie: Niets uitGerard deze uitgave mag worden van Nifterik verveelvuldigd en of openbaar worden door middel van herdruk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonderAdvertenties voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Drs. Petra Schoonebeek e-mail: ps@innovatievematerialen.nl

Innovatieve Materialen platform:

Een digitaal abonnement in 2016 ir. Fred Veer, Ir. Rob (6Dr.uitgaven) kost €prof.

25,00 (excl.Nijsse BTW) (Glass & Transparency Research Group, TU Delft), dr. Bert van Haastrecht prof. Wim Poelman, dr. Ton Zie(M2I), ook: www.innovatievematerialen.nl Hurkmans (MaterialDesign), prof.dr.ir.

Jos Brouwers, (Faculteit Bouwkunde, Leerstoel Bouwmaterialen, TU Niets uit deze uitgave mag worden Eindhoven), prof.dr.ir.

Jilt Sietsma, verveelvuldigd en of openbaar worden (4TU.HTM/ Werktuigbouwkunde, door middel van herdruk, fotokopie, miMaritieme Techniek Technische crofilm of op welke wijze&dan ook, zonder Materiaalwetenschappen, 3mE); prof.dr. voorafgaande schriftelijke toestemming Pim Groen, (SMART Materials Aerospace van de uitgever.

Engineering (AE) TU Delft/Holst Centre, TNO), Kris Binon (Flam3D), Guido Verhoeven (Bond voor Materialenkennis/ SIM Flanders).

1 Eerste industriële 3D-betonprintfaciliteit 2 Ook kerstbomen worden circulair 5 Gevel van bermgras, toiletpapier en textiel 6 Digitaal hout 8 Follow the sun 10 3D-geprinte beker verschiet van kleur bij andere lichtinval 12 Brandwerend isolatiemateriaal van gerecycled papier 13 ‘Biobased bouwmaterialen klaar voor grootschalige toepassing’ 14 Make it Matter 16 Façade met takkenmotief 18 Glass Award 2019 19 Luxe woning van gerecycled plastic 21 3D-printen van transparant glas

Een paar jaar geleden ontwikkelde MIT een nieuw en innovatief systeem voor het 3D-printen van transparant glas. Inmiddels is er een nieuwe stap gezet. MIT ontwikkelde de zogenaamde G3DP2, een nieuw 3D-print ‘platform’ bedoeld voor digitale fabricage van transparant glazen structuren op wat MIT noemt ‘industriële schaal.’

Tijdens de Milan Design Week 2017 werden verschillende drie meter hoge glazen constructies tentoongesteld, gemaakt door deze G3DP2. Recent werd G3DP2 beschreven en besproken in een artikel gepubliceerd in 3D Printing en Additive Manufacturing met als titel ‘Additive Manufacturing of Transparent Glass Structures’, december 2018.

24 Smart materials, deel 1

Smart materials, slimme materialen, zijn overal, maar vaak onzichtbaar of gewoon niet herkenbaar. In feite zijn we in ons dagelijks leven omringd door slimme materialen zonder het zelfs maar te merken, zoals de parkeersensor van een auto, de ontsteker van een fornuis en een ultrasoon beeld als een echo-opname in een ziekenhuis. Dit is het eerste artikel in een reeks van acht, waarin prof. Pim Groen in gaat op de wereld van slimme materialen. Pim Groen is hoogleraar SMART Materials bij Aerospace Engineering (AE) aan de Technische Universiteit Delft (TU Delft) en programmaleider van Holst Centre, TNO.

28 ‘Herdrukken’ van achitectuurhistorisch erfgoed: Het Mauritshuis project

Additive Manufacturing (3D-printen) kan een mogelijkheid bieden om vermist of vernietigd cultureel erfgoed, bijvoorbeeld in het geval van conflicten of milieu-rampen te reproduceren of te herstellen. In de vorige editie van van Innovatieve Materialen (nummer 6 2018) werd aandacht besteed aan het 4TU-project ‘Reprinting architectural heritage’. Gelijktijdig werd echter een tweede project uitgevoerd in het Mauritshuis in Den Haag. Daarbij is onderzocht of het mogelijk is met 3D-printtechnieken historische ruimten te kopiëren.

31 Lignine als hernieuwbaar 3D-printmateriaal 32 ‘Biosolids maken bakstenen duurzamer’ 34 Goud uit het riool 35 Nano-scale failure in steel 36 Nieuw faseovergangsmateriaal schakelt met licht 38 Material District 2019, vooruitblik

Omslag: 3D-geprinte glazen kolommen, MIT Media Lab (pag. 21)

INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS

Eerste industriële 3D-beton­ printfaciliteit Weber Beamix en BAM Infra openden op 15 januari 2019 de eerste commerciële, industriële productielocatie voor het 3D-printen van betonnen elementen voor de bouw in Europa. Volgens de initiatiefnemers vervult de nieuwe

productiemethode nu al een behoefte uit de markt. Zo is inmiddels gestart met een innovatieve samenwerking met de provincie Noord-Holland om een vier fietsbruggen te printen. De betrokken bedrijven zeggen door deze manier van

werken individuele seriematige productie mogelijk te willen maken met een enorme vergroting van de vrijheid in ontwerpen. Er is minder beton nodig voor hetzelfde resultaat. De printrobot brengt immers alleen beton aan daar waar het constructief nodig is. Minder beton scheelt veel CO2-uitstoot. Ook is er geen bekisting meer nodig, dus is er ook geen afval meer.

Verder verloopt het gehele proces sneller en neemt de foutmarge af.

Meer bij BAM>

Video

1 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS

Ook kerstbomen worden circulair Afgedankte kerstbomen hoeven niet per se op de vuilnisbelt of composthoop terecht te komen, maar kunnen worden gebruikt als grondstof voor nuttige dingen, zoals verf-, voedings- en zoetstoffen en nog veel meer. Volgens onderzoek Cynthia Kartey, promovendus van de afdeling Chemische en Biologische Engineering van de Universiteit van Sheffield, kan een heel scala aan producten worden gemaakt uit chemicaliën die kunnen worden gewonnen uit dennennaalden.

Kerstbomen hebben honderdduizenden naalden die er in vergelijking met ander plantaardig materiaal best lang over doen om te composteren. Als ze ontbinden, stoten ze bovendien enorme hoeveelheden broeikasgassen uit.

De belangrijkste component (tot 85 procent) van dennennaalden is lignocellulose. Door de complexiteit van dit polymeer is het niet aantrekkelijk om er bio-energie uit te winnen en is het zelfs compleet onbruikbaar voor de meeste bio- industriële processen. Daarom concentreerde Kartey zich op het afbreken van de complexe structuur tot eenvoudige maar hoogwaardige chemische grondstoffen waarmee de industrie wel uit de voeten kan, zoals suikers en fenolen, die worden gebruikt in een breed spectrum aan (huishoudelijke) producten.

Met behulp van warmte en oplosmidde-

2 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

len als glycerol, dat relatief goedkoop en milieuvriendelijk is, wordt de chemische structuur van dennennaalden afgebroken tot een vloeibare bio-olie en een vast bijproduct (bio-char). De bio-olie bevat stoffen als glucose, azijnzuur en fenol, chemicaliën die in veel industrietakken worden gebruikt.

Volgens de University of Sheffield is het proces duurzaam en creëert het geen afval, omdat het vaste bijproduct ook nuttig kan zijn in andere industriële chemische processen.

Overigens worden alleen al in Groot-Brittannië tijdens de kerstdagen zo’n acht

miljoen ‘natuurlijke’ kerstbomen opgezet, waarvan er zeven miljoen op de vuilstort terechtkomen.

Kartey denkt dat als na de feestdagen de dennennaalden zouden worden verzameld en op deze manier zouden worden verwerkt, de zo gewonnen chemicaliën prima minder duurzame, industriële chemicaliën zouden kunnen vervangen. Dat kan dan weer leiden tot verlaging van de nationale carbon footprint, onder meer door het terugdringen van petro-plastic kerstbomen en vermindering van de gestort biomassa-afval.

University of Sheffield>

NIEUWS

Hét expertisecentrum voor materiaalkarakterisering.

Integer, onafhankelijk, objectief onderzoek en advies. ISO 17025 geaccrediteerd.

Wij helpen u graag verder met onderzoek en analyse van uw innovatieve materialen.

Bel ons op 026 3845600 of mail info@tcki.nl www.tcki.nl

TCKI adv A5 [ZS-185x124] Chemische analyse 14.indd 1

09-05-17 13:19

2017 volume 3

INNOVATIVE MATERIALS

International edition Innovative Materials, the international version of the Dutch magazine Innovatieve Materialen, is now available in English. Innovative Materials is a digital, independent magazine about material innovation in the fields of engineering, construction (buildings, infrastructure and industrial) and industrial design.

3D-printing cellulose World’s first 3D-printed reinforced concrete bridge Materials 2017 Composites improve earthquake resistance in buildings

www. innovatievematerialen.nl info@innovatievematerialen.nl

Glass bridge Lina: world’s first bio-based car

I N T E R N A T I O N A L

Innovative Materials is published in a digital format, although there is a printed edition with a small circulation. Digital, because interactive information is attached in the form of articles, papers, videos and links to expand the information available.

E D I T I O N

3 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS

EUROFINISH + MATERIALS 2019 Van materiaalkeuze tot gerealiseerd product Door de samenvoeging van de beurzen EUROFINISH en MATERIALS 2019 krijgt dit event alle ingrediënten om te komen tot een succesvol product. Van materiaalkeuze tot verwerking tot de finishing touch met een kwaliteitsbewaking in elke stap van het proces.

De door Mikrocentrum georganiseerde vakbeurs Materials heeft een sterke focus op de rol van materialen in het succes van een product. Eurofinish, georganiseerd door VOM, op haar beurt verbindt professionals die zich bezig houden met oppervlaktebehandelingstechnieken. De keuze om Materials en Eurofinish bij elkaar te brengen, is dan ook een logische stap: daar waar Materials eindigt, begint Eurofinish. Deze synergie biedt volgens de organiatoren één centrale ontmoetingsplek waar alle aspecten te vinden zijn om een goed en duurzaam eindproduct te realiseren.

Nederlandse en Belgische markt

De samenwerking tussen beide beurzen biedt Nederlandse en Belgische specialisten binnen de keten dan ook de uitgelezen gelegenheid elkaar in één dag en op één centrale plek te ontmoeten.

Dit geldt niet alleen voor materiaalkundigen of onderzoekers maar ook voor productontwikkelaars, productdesigners, engineers, R&D’ers, productiemedewerkers en specialisten in bijvoorbeeld onderhoud, constructie, automotive, transport en machinebouw.

4 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Volledig productieproces

Tijdens EUROFINISH + MATERIALS 2019 is het volledige productieproces van een product te vinden. Welk materiaal er wordt gekozen als bouwsteen voor uw product is cruciaal voor de kwaliteitsgarantie. Hoe het oppervlak van dit materiaal behandeld wordt, is minstens zo belangrijk. Een goede kwaliteit vloeit namelijk niet voort uit één van deze spelers, maar een samenwerking tussen alle spelers. Het lijkt zo vanzelfsprekend, maar waar zijn auto’s, machines en smartphones zonder een goede, sterke basis en afwerking? Achter deze vanzelfsprekendheid zit een wereld vol technieken en uitdagingen.

Voor het eerst in de Benelux vindt hiermee een vakbeurs plaats waar alle stappen binnen deze waardeketen worden afgedekt. Van design, materiaalkeuze, tot analyse, tot verbinden van materialen, tot oppervlaktebehandeling. EUROFINISH + MATERIALS 2019 beperkt zich niet enkel tot de oplossingen zoals we die vandaag de dag kennen, maar richt zich ook op de innovaties van morgen. In het uitgebreide congresprogramma en op de demoruimtes wordt getoond hoe de ontwikkelingen binnen dit vakgebied constant in beweging zijn. Daarmee is de nieuwe vakbeurs EUROFINISH+MATERIALS 2019 volgens de organisatoren bij uitstek geschikt voor bedrijven die actief zijn op het gebied van design/ontwerp, materialen, analyse, verbinden of oppervlaktebehandeling. Meer info op de websites.

Datum: 15 & 16 mei 2019 (9.30/18.00 uur) Locatie: Brabanthal, Leuven (België) Websites: www.eurofinish.be www.materials.nl Organisatoren VOM vzw, Belgische vereniging voor oppervlaktetechnieken van materialen Kapeldreef 60, 3001 Leuven, België +32 (0)16 40 14 20 info@vom.be www.vom.be Mikrocentrum Postbus 359, 5600 AJ Eindhoven +31 (0)40 – 296 99 22 events@mikrocentrum.nl www.mikrocentrum.nl

NIEUWS

Gevel van bermgras, gerecycled toiletpapier en textiel NPSP ontwikkelde in samenwerking met de TU Eindhoven, Avans Hogeschool en HZ University of Applied Sciences en bedrijven AkzoNobel, KNN Cellulose en NewFoss gevelpanelen op basis van circulaire restmaterialen. De panelen werden zomer 2018 gedemonstreerd in Dubai op de inzending van TU Eindhovens team VIRTUE aan de Solar Decathlon en was later dat jaar te zien tijdens de Dutch Design Week in Eindhoven.

Het gaat volgens NPSP om een duurzaam en decoratief gevelpaneel, dat sterk en vormvast is en een lange levensduur heeft. Aan het eind van de levensduur kan het materiaal worden vermalen en weer als basisgrondstof in hetzelfde proces worden ingezet.

Het gaat om het biocomposietmateriaal Nabasco 8010 dat bestaat uit vezels van gemaaid bermgras, gerecycled toiletpapier, gerecycled textiel, afvalriet en vlas. Het materiaal bevat verder calciumcarbonaat (het restmateriaal van het onthardingsproces van drinkwater) en een biobased hars, op basis van restmaterialen van de biodieselproductie.

De productie is door studenten uitgevoerd. Op basis van alle vezels, het calciumcarbonaat en hars is een deeg gemaakt dat daarna enkele minuten wordt geperst in een warme mal.

Onderhoud is door het gebruik van de genoemde combinatie aan grondstoffen en de hoge druk waarmee geperst wordt volgens NPSP zeer laag.

De vorm van de gevel is speciaal ontwikkeld voor warme landen, waar de gevel het gebouw moet koelen. De thermische gevel is een manier om de natuurlijke ventilatie van gebouwen te verbeteren, door convectie van door de zon verwarmde lucht te gebruiken. De lucht achter de panelen wordt warm, stijgt op en de trek zorgt ervoor dat koele lucht in het gebouw kan worden gezogen.

Het project is een samenwerking van NPSP met de bedrijven AkzoNobel, KNN Cellulose en NewFoss.

En met medewerking van: Virtue team van TU Eindhoven en Centre of Expertise Biobased Economy, Lectoraat Biobased Bouwen, Spark Campus, Hogeschool van Amsterdam, Van de Bilt zaden en vlas, waterschap Aa en Maas, Wetterskip Fryslân en Stowa, ondersteund vanuit het Interreg onderzoeksprogramma van de Europese Unie.   Foto: Hans de Wit, Avans Hogeschool https://teamvirtue.nl/ Panelen van de afzonderlijke materialen: textiel, cellulose, riet, vlas en gras

5 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS

Digitaal hout Onderzoekers van Columbia University zeggen er in te zijn geslaagd om ‘digitaal hout’ te maken, of eigenlijk, om hout digitaal na te maken. Om dat voor elkaar te krijgen, greep het team naar de modernste 3D-printtechnologieën, zoals ‘destructive tomographic imaging’ en zogenaamd voxel-printing.

En zo maakte men een exacte replica van een stuk olijfhout inclusief de oppervlaktekleurtextuur als de interne kleurstructuur.

Eerst maakten de onderzoekers houtmonsters met behulp van

6 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Foto’s: Columbia University

een met camera uitgeruste (CNC) bank en een vliegmes, die met elke schaafgang 27 μm van het houtoppervlak sneed. De houtplakjes werden gefotografeerd. Dat resulterende in 230 afbeeldingen die aan de basis stonden voor het werk van een voxel-3D-printer, in dit geval een Stratasys J750. Een voxel (een samentrekking van de woorden ‘volume’ en ‘pixel’) geeft een waarde aan die aan een volumecel in een driedimensionale ruimte gebonden is.

Om verschillende materialen te kunnen printen, sputtert een

NIEUWS Stratasys J750-printer druppeltjes ongelijksoortige materialen op het printbed. Vervolgens worden de materiaaldeeltjes voorzichtig gecomprimeerd met een metalen roller om de druppels te mengen. Deze mix van harsen verwijdert de korreligheid om soepeler, ononderbroken segmenten te produceren. Nadat de metaalrol over een laag is gegaan, wordt de laag uitgehard met ultraviolet licht en begint de machine met het afdrukken van de volgende laag en dat herhaalt zicht tot het einde van het proces.

Na afloop bleek het object inderdaad sterk op het originele houten blok te lijken, zowel aan de buitenkant als het inwendige kleurenpatroon, wat goed te zien was als het blok werd gebroken. Om na te gaan of de blokken van binnen de juiste meerkleurige structuur hadden, doopten de onderzoekers ze in vloeibare stikstof en dan braken ze. Andere blokken werden gebroken met behulp van een beitel. Het experiment laat zien dat de verschillend gekleurde harsen uiteindelijk een homogene structuur vormen.

Naast deze blokken maakten de onderzoekers ook digitale houtvormige objecten, zoals een speelgoed krokodil.

Volgens Columbia University kan het ontwikkelde 3D-printproces worden gebruikt bij het digitaal repliceren van uiteenlopende objecten met complexe inwendige patronen die tot nu toe onmogelijk te produceren waren.

Het onderzoek werd uitgevoerd door Fabian Stute, Joni Mici, Lewis Chamberlain en Hod Lipson, Columbia University.

De resultaten, die afgelopen december werden gepubliceerd in ‘3D Printing and Additive Manufacturing’ onder de titel ‘Digital Wood: 3D Internal Color Texture Mapping’ zijn online>

Eerst maakten de onderzoekers houtmonsters met behulp van een met camera uitgeruste (CNC) bank en een vliegmes, die met elke schaafgang 27 μm van het houtoppervlak sneed. De houtplakjes werden gefotografeerd. Dat resulterende in 230 afbeeldingen

Stenen van de 3D-printer Tijdens BAU 2019 - 14 tot en met 19 januari in München - presenteerde steenfabrikant Unipor (München) de resultaten van een onderzoeksproject van de Unipor Group op het vlak van 3D-printen. Het bedrijf ontwikkelde volgens eigen zeggen in nauwe samenwerking met de Technische Universiteit van Darmstadt een innovatieve methode voor de productie van stenen uit de 3D-printer. Het gaat dan om stenen waarvoor speciale geometrieën nodig zijn en/of serieproductie vooralsnog onrendabel is.

Unipor>

7 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS

Follow the Sun

Een team van Harvard University heeft een flexibel materiaal ontwikkeld dat autonoom op licht en andere prikkels kan reageren. Het gaat om zogenaamde vloeibaar-kristallijne elastomeren (LCE’s) die door Harvard University zo kunnen worden geprogrammeerd dat ze in drie dimensies kunnen bewegen. Dat principe zou wellicht kunnen worden gebruikt om zonnepanelen te ontwikkelen die automatisch kunnen meedraaien met de zon.

Ze zijn gebaseerd op voorbeelden uit de natuur, zoals de tenen van gekko’s zijn bedekt met zogenaamde setae: microscopische, haarachtige structuren, waarvan de chemische en fysieke samenstelling en de flexibiliteit ervoor zorgen dat het dier makkelijk over muren en plafonds kan lopen.

Wetenschappers hebben geprobeerd om zulke dynamische microstructuren in het laboratorium na te maken met verschillende aan materialen, waaronder

vloeibaar-kristallijne elastomeren (LCE’s).

De laatsten zijn rubberachtige polymeren bestaande uit vloeibaar-kristallijne verbindingen die de richtingen kunnen bepalen waarin een LCE’s kan bewegen en rekken.

Tot dusver waren synthetische LCE’s meestal alleen in één of twee dimensies te vervormen. Daardoor was vermogen om ruimtelijk te bewegen beperkt.

Een groep wetenschappers van het Wyss

Microtorentjes gemaakt van een lichtgevoelig vloeibaar kristallijn elastomeer (LCE) heroriënteren zich in verschillende richtingen om het licht te volgen. Dit mechanisme zou kunnen leiden tot efficiëntere zonnepanelen. Bron: Wyss Institute aan de universiteit van Harvard

8 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS Institute for Biologically Inspired Engineering van Harvard en John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) heeft daarin verandering gebracht. Door gebruik te maken van magnetische velden wisten ze de moleculaire structuur van LCE’s zo te beïnvloeden dat er een driedimensionale polymeervorm ontstaat die kan worden geprogrammeerd om onder invloed van allerlei prikkels in elke richting kan bewegen. De bevindingen werden half december 2018 gepubliceerd in PNAS. Het team bleek in staat om door lichtgevoelige moleculen in te bouwen in LCE-structuren, dusdanig te programmeren dat ze uit zichzelf op licht reageren.

Als zo’n structuur werd verlicht vanuit een bepaalde richting, trok de kant die naar het licht was gericht zich samen, waardoor de hele structuur naar het licht boog. Dit type zelfgeregelde bewe-

Vloeibare kristalelastomeren vervormen in reactie op warmte. De vorm die ze aannemen, hangt af van de structuur, die kan worden bepaald door ze tijdens de vorming bloot te stellen aan verschillende magnetische velden. Bron: Wyss Institute aan de universiteit van Harvard

ging stelt LCE’s in staat te vervormen in reactie op hun omgeving en zich voortdurend te heroriënteren om het licht te volgen. En dat zou dus handig kunnen zijn voor de ontwikkeling van zonnepanelen die autonoom de zon volgen.

Het artikel (Yuxing Yao, James T. Waters, Anna V. Shneidman, Jiaxi Cui, Xiaoguang Wang, Nikolaj K. Mandsberg, Shucong Lia, Anna C. Balazs, en Joanna Aizenberg) is online bij PNAS (pdf)>

Harvard>

ICSBM 2019 – The 2nd International Conference on Sustainable Building Materials 12 - 15 augustus 2019, Eindhoven Als vervolg op het succes van de vorige conferentie in Wuhan in 2015, wordt de tweede editie va de Internationale Conferentie over Duurzame Bouwmaterialen, The International Conference on Sustainable Building Materials (ICSBM 2019) dit jaar georganiseerd in Eindhoven en wel op 12 - 15 augustus 2019.

Het idee achter de ICSBM-conferentie (wetenschappelijke) antwoorden te vinden op de vraag in hoeverre nieuwe, duurzame bouwmaterialen in de toekomst een rol kunnen spelen.

De bouwsector is veruit de grootste verbruiker van grondstoffen en producent van door de mens gemaakte materialen.

Vanuit het oogpunt van duurzaamheid en circulariteit kunnen de negatieve effecten van dit grondstofverbruik worden verminderd door onder meer gebruik te maken van biologische grondstoffen, slim materiaalontwerp, verbeterde duurzaamheid, hergebruik en recycling en het gebruik van zogenaamde zijstromen (‘afval’). De ICSBM 2019 behandelt deze uitdaging vanuit een wetenschappelijke benadering: bouwmaterialenwetenschap is een discipline waarin stromingen als mineralogie, keramiek, vaste stof fysica, chemie, metallurgie en biologie samen worden gebracht. Geavanceerde karakterisering en behandelingsmethoden, in combinatie met nieuwe technologieën en modelleertools, zijn van vitaal belang voor het bestuderen en verbeteren van de gehele levenscyclus van bouwmaterialen, van grondstoffen tot productie, gebruik en recycling.

Er zullen thematische workshops worden gegeven, bijvoorbeeld op het gebied van microscopie (Prof. Pöllmann), 3D-printing/additive manufacturing (Prof. Salet), matchmaking voor internationale samenwerking en bedrijfspresentaties. Verder zullen gedurende de conferentie parallelle presentatiesessies, postersessies en bedrijfstentoonstellingen. https://susbuildmat.com

9 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS

3D-geprinte beker verschiet van kleur bij andere lichtinval Onderzoekers van BioNano Technology van de Wageningen Universiteit hebben materiaal gemaakt met bijzondere lichtdoorlatende eigenschappen. Afhankelijk van de lichtinval kun je er doorheen kijken of niet. Inmiddels heeft men er 3D-geprinte bekers mee gemaakt om het optische effect van het materiaal te illustreren. Soms is het materiaal ondoorzichtig bruin, maar met een andere lichtinval juist paars en doorzichtig. Die eigenschappen zijn het gevolg van het zogeheten dichroïsch (twee kleuren) effect van het printmateriaal. In dit geval een bewerking van het in 3D-printland veel gebruikte polymeer pva (polyvinyl­ alcohol). Het kleureffect ontstaat door de toevoeging van gouden nanodeeltjes aan de pva. De gouddeeltjes reflecteren het licht of laten het door, al naar gelang hun omvang.

Vittorio Saggiomo is de geestelijk vader van het dichroïsch printmateriaal. Maar

10 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

de ontdekking van het lichteffect door nanogouddeeltjes staat op naam van masterstudent Lars Kool. Hij deed die ontdekking twee jaar geleden tijdens een bachelorpracticum bionanotechnologie, dat gegeven wordt door Saggiomo.

De opdracht was goudnanodeeltjes te maken door goud-ionen te reduceren met citroenzuur. Het effect was spectaculair. De oplossing veranderde in een paar minuten tijd van geel tot pikzwart, om te eindigen in oranje. Maar bovenal: de ontstane oplossing bleek dichroïsch.

Een deel van het opvallende licht werd gereflecteerd, wat een bruinige kleur opleverde. Het paarse deel van het licht werd doorgelaten.

Het dichroïsch effect treedt op bij een bepaalde verhouding van de goud- en citroenzuuroplossingen. De gouddeeltjes die dan worden gevormd zijn 50-60 nanometer groot en ovaal van vorm.

En, niet onbelangrijk, het materiaal is eenvoudig en goedkoop te maken.

Saggiomo ziet volop toepassingen voor het gebruik van de eigenschappen van nanodeeltjes in 3D-printing. Er zouden bijvoorbeeld lenzen mee kunnen worden gemaakt die selectief licht doorlaten. Bovendien is er met 3D-printers iedere denkbare vorm mee te maken.

De onderzoekers werken nu aan het verbeteren van deze methodologie met behulp van verschillende nanodeeltjes en verschillende materialen.

WUR>

Video

SPEAKERS INCLUDE: NIEUWS

Michael Kauffman, General Manager Composites & Ceramics, General Electric

Willard Cutler, Technology Director, Corning

I-X Center, Cleveland, Ohio, USA Exhibits and Conference: April 30-May 1, 2019 Welcome Reception (invite only): April 29, 2019

Lionel Vargas-Gonzalez, Ceramic Synthesis and Processing, Ceramic and Transparent Materials Branch, US Army Research Laboratory

Join us at the leading conference for advanced ceramics and glass materials, manufacturing and components

Adam Stevenson, Group Leader and Worldwide R&D Portfolio Manager for Engineered Ceramics, Saint-Gobain

Suraj Rawal, Technical Fellow, Lockheed Martin Space

Reasons to attend Be the first to hear about the latest material and manufacturing developments

Asma Sharafi PhD., Research Engineer, Energy Storage Research, Ford Motor Company

Refine your manufacturing processes with new techniques learnt at the conference Discover new applications in end-user markets for advanced ceramics and glass Keep up-to-date with changing markets and regulations for new materials

REGISTER FOR YOUR FREE PASS WWW.CERAMICSEXPOUSA.COM

Mark DiPerri Business Development Manager, Advanced Materials Division, Toshiba American Electronic Components, Inc.

Remember to view the full agenda and speaker list at ceramicsexpousa.com/ conference Founding partner

Key topics: additive manufacturing • electro-ceramics • polymer derived ceramics • sourcing raw 11 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019 materials • market growth • R&D processes • thermal management • end-user applications

NIEUWS

Brandwerend isolatiemateriaal van gerecycled papier naar een juiste ‘starter’ om de vezels binnen een oogwenk te binden. Uiteindelijk wisten ze een geschikt bindmateriaal te selecteren: een overigens niet nader gespecificeerde stof uit de voedingsindustrie.

Tijdens een daaropvolgende opschalingstest werden de vlokken in verschillende houten frames geblazen, naast een identieke holte met vezels zonder het nieuwe additief. Vervolgens werden de frames bij VKF ZIP AG getest op brandwerendheid en een uur lang blootgesteld aan temperaturen van 800 tot 1000 °C. Het houten frame mocht op geen enkel moment doorbranden en er zouden geen gloeiend hete vlokken uitvallen. Het nieuwe isolatiemateriaal doorstond de proef met glans, terwijl de vezels in het referentieframe zonder additief uit elkaar vielen door gebrek aan adhesie.

Bergen afvalpapier zouden wellicht in de toekomst kunnen worden omgezet in waardevol, brandveilig isolatiemateriaal.

Franziska Grüneberger (wetenschapper bij EMPA) en Willi Senn (ontwikkelingsingenieur bij Isofloc) ontwikkelden een isolatiemateriaal gemaakt van gerecycled papier. Het is met name bedoeld voor de isolatie in geprefabriceerde houten elementen - zelfs houten huizen van meerdere verdiepingen - en beschermt de constructie tegen brand. Het bevat een additief dat onschadelijk is voor mens, dier en milieu.

De truc zit in de stevigheid van de vezels, die belangrijk is voor langdurige brandwerendheid. Maar precies die stevigheid is lastig te bereiken met industriële productie van isolatielagen.

In plaats van isolatiematten werden de gerecycleerde papiervezels daarom in een holte geblazen totdat die volledig is gevuld. Deze cellulosevezels worden overigens al op de markt gebracht door Isofloc AG, een fabrikant van isolatiematerialen. Maar hoe maak je er een stabiel, isolerend en brandveilig materiaal van?

Franziska Grüneberger en haar collega zochten om die reden naar geschikte bindmiddelen, volgens de wetenschappers een echte ‘tour de force of chemistry’. Ten eerste mag het bindmiddel voor gebruik in duurzame houtconstructies natuurlijk niet-toxisch zijn. En daarnaast moet het bindmiddel betaalbaar zijn en in overvloed beschikbaar. Senn en Grüneberger lanceerden een reeks experimenten en combineerden de isolerende vezels met verschillende additieven. Ze zochten ook

12 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Volgens Isofloc liggen de voordelen voor de hand. In de eerste plaats bespaart de applicatie van losse vezels enorm veel tijd.

Bovendien zorgt het voor ruimtelijke stabiliteit en het bijbehorende positieve effect op de brandveiligheid. Zo kan een bescherming worden bereikt, die vergelijkbaar is met die van minerale wolmatten.

Isofloc werkt nu aan de laatste ontwikkeling, namelijk een nieuwe generatie inblaasmachines die moet voldoen aan de eisen voor het nieuwe isolatiemateriaal.

Het bedrijf verwacht dat het nieuwe materiaal samen met bijbehorende inblaasmachines over ongeveer een jaar op de markt zal komen. www.empa.ch/web/s604/isofloc

NIEUWS

‘Biobased bouwmaterialen klaar voor grootschalige toepassing’

Op 29 januari organiseerde ISOBIO in Brussel haar slotevenement. Het Europese ISOBIO-project startte in 2015 en was bedoeld om met innovatie breed gebruik van biobased bouwmaterialen te stimuleren. Dit onder meer door de ontwikkeling van nieuwe concepten voor het gebruik van voorbehandelde bio-aggregaten voor de bouw, waaronder isolatiematerialen, vochtregulerende materialen, bindmiddelen en harsen.

Het project heeft op hoofdlijnen drie soorten nieuwe low-impact materialen opgeleverd.

Ten eerste: het zogenaamde ISOBIO-bord - een volledig op biologische grondstoffen gebaseerde isolatieplaat, bestaande uit hennep met een biobased bindmiddel.

Twee: een isolerende kalkpleister die met een hoog aandeel hennephaksel als aggregaat.

Drie: een isolerende leempleister met verbeterde vochtregulerende eigenschappen.

Deze innovatieve materialen zijn ook gecombineerd in één samengesteld constructiepaneel, dat zowel buiten als binnen kan worden toegepast in nieuwbouw en/of renovatie.

Volgens ISOBIO zijn de nieuwe oplossingen bijzonder energie-efficiënt. In vergelijking met een standaard woonhuis in Groot-Brittannië, zou het ISOBIO con-

structiepanel een besparing opleveren op verwarmingskosten van 45 procent.

Het materiaal heeft ook een prima carbon footprint, wat volgens de ISOBIO website te danken is aan een climate change impact die met 27,5 kg CO2 per m2 paneel op ongeveer een kwart ligt van die van een standaard nieuwbouw muur. Verder is er veel atmosferische koolstof in het materiaal gebonden. Bovendien zouden de materiaalkosten veel lager zijn in vergelijking met de moderne referentiemuur.

Na een looptijd van vier jaar werd het ISOBIO project op 31 januari 2019 officieel beëindigd.

Meer op http://isobioproject.com>

Video

13 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

MAKE IT MATTER

MAKE IT MATTER De rubriek MAKE IT MATTER wordt in samenwerking met MaterialDistrict (MaterialDistrict.com) samengesteld. In deze rubriek worden opvallende, en/of interessante ontwikkelingen en innovatieve materialen uitgelicht.

FUR FUR is een betonnen wandtegel die is geïnspireerd op de vacht van dieren en oppervlakten zowel binnen als buiten een zacht ogende en naadloze uitstraling geeft. Het materiaal is verkrijgbaar in verschillende kleuren: wit, zwart, roze, beige, donkerblauw en grijs, maar kan ook op specificatie worden gemaakt.

De tegels zijn ook verkrijgbaar in dubbele kleur, met onregelmatige ‘spatten’ van een tweede kleur.

Meer>

‘Gezouten’ aluminiumschuim Dit aluminiumschuim wordt gemaakt door zout of andere materialen aan het gietproces toe te voegen. Het zout wordt verwijderd zodra het aluminium is uitgehard, waardoor het materiaal poreus wordt. Afhankelijk van de grootte van de zoutkorrels kan de porositeit worden gevarieerd. Het aluminium is lichtgewicht, schok- en temperatuurbestendig. Het materiaal kan in verschillende vormen worden gemaakt, zoals tegels, vellen of cilinders, of kan worden verwerkt als normaal aluminium om meer complexe vormen te maken.

Meer>

Onrecyclable vezelmateriaal Papier is gemakkelijk te recyclen, maar het kan niet eindeloos worden gerecycled. In de recyclingfabriek worden ongewenste materialen verwijderd, waaronder plastic, stenen, metaal en hout. Het proces haalt ook vezels weg die niet meer recycleerbaar zijn, een overgebleven materiaal dat ook wel scherm wordt genoemd. De Nederlandse ontwerper Tim Teven gebruikte het materiaal om bouwstenen te maken om verschillende interieurstukken te maken, waaronder planken, banken, tafels en krukken.

Meer>

14 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

MAKE IT MATTER Nuatan Nuatan is een 100 procent biobased, biocompatibel en biologisch afbreekbaar plastic. Het is een mengsel van twee biopolymeren: polymelkzuur (PLA), en polyhydroxybutyraat (PHB), allebei gemaakt van maïszetmeel. Het materiaal kan worden gevormd met behulp van verschillende productiemethoden, waaronder spuitgieten en 3D-printen. Het materiaal is bestand tegen temperaturen van meer dan 100 graden Celsius en wordt binnen 90 dagen biologisch afgebroken in een industriële composter.

Meer>

Bamboe paneel MOSO Bamboo Solid Panels is een materiaal dat bestaat uit maximaal vijf lagen bamboe die op elkaar zijn geperst waardoor een hard, stabiel en duurzaam paneel ontstaat. De hardheid, dichtheid en dimensionale stabiliteit van het MOSO Bamboo Solid Panel zijn volgens de producent vergelijkbaar of beter dan hardhout. De panelen zijn ecologisch interessant omdat ze zijn gemaakt van snel groeien, CO2-neutraal bamboe.

De panelen zijn verkrijgbaal in verschoillende maten. De dikte varieert van 16 tot 40 mm.

Meer>

The Recycled collection De Portugese Pladec Recycled-collectie bestaat uit verschillende wandpanelen als alternatief voor vlakke wandplaten.

Ze zijn bedoeld als alteratief ecologisch interieurprodukt. De collectie omvat drie subcategorieën: Ecological Organic Green Environmental Recycle-collectie, de Bio-Terra-collectie en de Bio-Vine-collectie, allemaal op basis van ecologische materialen. Alle panelen hebben een dikte tussen 12 en 50 mm en zijn verkrijgbaar in verschillende maten.

Meer>

Akoestische wandtegel van kurk De akoestische wandpanelen Lisboa en Porto, zijn gemaakt van 93 procent gerecycleerde kurk en 7 procent hars, geproduceerd met een afvalvrij gietproces. De tegels kunnen eenvoudig worden bevestigd aan een druk-fit railsysteem. Het gebruikte kurk is een afvalmateriaal van de wijnstopproductie.

Het ontwerp van de tegels van Lisboa is geïnspireerd op de straatroosters van de gelijknamige stad Lissabon, Portugal.

De tegels kunnen horizontaal of verticaal zijn georiënteerd.

Meer>

15 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS

Façade met takkenmotief Van 4 tot en met 8 februari vond in de Jaarbeurs in Utrecht de Bouwbeurs 2019 plaats. Onderdeel van het evenement was de zogenaamde Projecten Expo, waarin drie opvallende of innovatieve projecten voor het voetlicht werden gebracht: een renovatieproject, een nieuwbouwproject en een infraproject. Wat het laatste betreft was de keuze gevallen

Productie van de façade-bekisting

16 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

op Station Zoetermeer-Lansingerland, waar met name het materiaalgebruik in een beeldbepalende façade opviel.

Station Lansingerland-Zoetermeer is een spoorwegstation op de kruising van het verlengde Oosterheemtracé van Rand­ stadRail en de spoorlijn Gouda - Den Haag. Het ligt op de grens van Bleiswijk en Zoetermeer en staat ook wel bekend

als station BleiZo. Het station werd begin december 2018 in gebruik genomen, maar de officiële oplevering is dit voorjaar. Het is een bijzonder station en dat komt vooral door het ontwerp. Om die reden was er een speciale plaats voor het project ingeruimd op de Projecten Expo van de Bouwbeurs 2019. Op de Projecten Expo

Façade-bekisting op de Bouwbeurs

NIEUWS waren verschillende elementen van het project te zien, zoals een betonnen mock-up en een deel van de bekisting voor het karakteristieke takkenmotief op de perronkappen en de borstwering van de brug (zie video).

Het station bestaat uit een ‘groen’ viaduct met bomen van ruim 40 meter breed en 190 meter lang, met als constructief middelpunt vier 61 meter lange betonnen liggers die de A12 overspannen.

Station Zoetermeer-Lansingerland is een ontwerp van Team V en Arcadis: Concrete Valley zal bijvoorbeeld laten zien hoe de opengewerkte betonpanelen zijn bedacht en gemaakt.

Opdrachtgevers waren Metropoolregio Rotterdam-Den Haag en Gemeenschappelijke Regeling Bleizo. Aannemingsmaatschappij Vobi trad op als hoofdaannemer.

Zie ook www. stationlansingerland-zoetermeer.nl>

Video

17 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS

Glass Award 2019 Het Poortgebouw Hoog Catharijne in Utrecht, een project van Saint-Gobain Gevelbouw, heeft de Glas Award 2019 gewonnen. Solar Highways, van Scheuten Glass, won de Innovatie Award. De uitreiking vond plaats op 8 februari, tijdens de Bouwbeurs 2019 in de Jaarbeurs in Utrecht.

Saint-Gobain Glassolutions Gevelbouw heeft in samenwerking met gevelbouwer Blitta uit Venray de beglazing geproduceerd en geleverd voor de gevels van het Poortgebouw, de Stadskamer, het Bruggebouw en het Entreegebouw van het vernieuwde Hoog-Catharijne in Utrecht. Het Poortgebouw valt op door de kleurstelling en zijn dubbelgekromde vormen. Het koud gebogen, gekleurde isolatieglas is beeldbepalend.

De beglazing van het Poortgebouw bestaat uit 1.700 ruiten met elk een unieke maatvoering en een unieke, niet-cilindrische buiging.

In de beglazing en de panelen konden door het integrale bevestigingssysteem

18 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

vervormingen tot 10 centimeter worden gerealiseerd. Daarbij heeft de glasproducent zowel de enkele, in kleur geëmailleerde ruiten, als de isolerende en zonwerende ruiten voor extra veiligheid

gelaagd uitgevoerd.

Het totale project omvat 9.000 m² glas en bestaat uit zonwerend isolatieglas SGG COOL-LITE SKN165, hoogrendementsglas SGG CLIMAPLUS XN en SGG EMALIT, gehard en in kleur geëmailleerd glas.

Solar Highways is een modulair geluidsscherm met geïntegreerde PV-installatie.

Op deze schaal is zoiets nog niet eerder gerealiseerd langs de Nederlandse snelwegen. Het is bovendien het grootste project in Europa waar met geïntegreerde zonnepanelen in geluidsschermen energie wordt opgewekt. Solar Highways is een ontwikkeling van Heijmans (aannemer), Van Campen/BAYARDS (aluminium constructeur) en Scheuten Glas uit Venlo.

Het geluidsscherm staat ter hoogte van de A50 bij Uden waar 400 meter (68 stuks) Scheuten Optisol geluidsschermen zijn geplaatst, die met een energieopbrengst van tussen 145 en 175 MWh per jaar genoeg zonne-energie opwekken om 40 tot 60 huishoudens van elektriciteit te voorzien. De geluidsschermen langs de A50 moesten toch worden aangepast om de geluidswerendheid te verbeteren en bovendien hebben ze een goede zonpositie (oost-west) voor de toepassing van bifaciale (tweezijdige) zonnecellen.

Meer over het Poortgebouw> Meer informatie over Solar Highways bij Scheuten>

NIEUWS

Luxe woning van gerecycled plastic Het Arnhems bedrijf Save Plastics heeft een primeur in Nederland: als eerste maken zij van lokaal afvalplastic een volledig zelfvoorzienende en verplaatsbare woning die niks inboet op luxe en comfort. Het huis werd gepresenteerd tijdens de opening van manifestatie ‘Arnhem Plasticvrij?’ op 8 februari.

De woning, ook wel Save Home genoemd, combineert op een slimme en innovatieve manier comfort met duurzaamheid.

Het is daarmee het eerste huis dat de vijf elementen van ‘goed groen wonen’ combineert: comfort, veiligheid, zelfvoorzienendheid en mobiliteit en wordt bovendien lokaal circulair geproduceerd.

De materialen die worden gebruikt voor de bouw van het huis zijn zoveel mogelijk ‘lokaal circulair’. Dat betekent dat het plastic afval van Arnhem en Arnhemmers wordt omgesmolten tot muren en daken. Uiteraard is het ook mogelijk om de plastic soep op deze manier in te zetten en het zo weer waarde te geven.

Plastic dat te lastig is om de recyclen, de (mix van) laagwaardige kunststoffen, verdwijnt nu vaak in de verbrandingsoven of op de stort. Daar heeft het geen waarde en functie meer. Save Plastics vindt dat zonde want plastic heeft een levensduur van vijftig jaar per keer en het kan negen keer worden omgesmolten tot iets nieuws.

Het huis is zelfvoorzienend: dat betekent dat het niet aangesloten hoeft te worden op het gas- en elektriciteitsnetwerk.

Verwarming gaat elektrisch via zonnepanelen en water wordt opgevangen en gerecycled. Ook heeft de wand van het huis een zeer hoge isolatiewaarde: ruim twee keer zo hoog als reguliere woningen. Daarom is er ook maar weinig energie nodig om het huis te verwarmen.

een nieuwe duurzame aanpak alleen effectief zijn als er een markt voor is. Als je kunt laten zien dat je goede woonhuizen kunnen van afvalplastic die tegelijk commercieel interessant zijn voor de gewone consument, is alles mogelijk.

Save Plastics is mede-oprichter van het samenwerkingsverband Plastic Fantastic, een groep ‘groene denkers' en ondernemers die geloven dat het plastic soepprobleem op een betere, meer duurzame en praktische manier kan worden benaderd. Plastic Fantastic werkt momenteel aan het eerste volledig plastic kantoor: het dock office van Airhunters, op het IPKW-terrein.

De uitvoering van deze pilot is mogelijk door de bijdrage van het Programma KVG (Kunststof Verpakkingsafval als Grondstof), gefinancierd door stichting Afvalfonds. www.saveplastics.nl>

Save Plastics maakt al dertig jaar verschillende producten van afvalplastic, die anders in de verbrandingsoven zouden verdwijnen. Volgens Bram Peters, directeur van Save Plastics, kan

19 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Vakbeurs en congres

EUROFINISH+MATERIALS 2019 De centrale ontmoetingsplek in de Benelux met alle aspecten voor een goed en duurzaam eindproduct  15 en 16 mei 2019  Brabanthal, Leuven (België)

Highlights: • Focus op materiaalkeuze, karakterisatie, verbindingstechnieken en oppervlaktebehandeling • Uitgebreid congresprogramma en meet&match event • Demonstraties en innovaties

ratis Registreer u voor een g nish.be bezoek op www.eurofi of www.materials.nl Organisatie:

INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

3D-printen van transparant glas Een paar jaar geleden ontwikkelde MIT een nieuw en innovatief systeem voor het 3D-printen van transparant glas (Innovatieve Materialen 4 2015). Het was - volgens MIT - destijds de eerste additive manufacturing (AM) -technologie waarmee sterke, solide glasstructuren konden worden gemaakt, direct uit het digitale ontwerp. Inmiddels is er een nieuwe stap gezet. MIT ontwikkelde de zogenaamde G3DP2, een nieuw 3D-print ‘platform’ bedoeld voor digitale fabricage van transparant glazen structuren op wat MIT noemt ‘industriële schaal.’

Tijdens de Milan Design Week 2017 werden verschillende drie meter hoge glazen constructies tentoongesteld, gemaakt door deze G3DP2. Recent werd G3DP2 beschreven en besproken in een artikel gepubliceerd in 3D Printing en Additive Manufacturing met als titel ‘Additive Manufacturing of Transparent Glass Structures’, december 2018.

G3DP2 is volgens MIT een hoge-resolutie, AM-productietechnologie voor het 3D-printen van grote, transparante glasstructuren op architectonische schaal. De techniek is gebaseerd op eerder onderzoek van de Mediated Matter Group van MIT dat ten grondslag lag aan het 3D-printen van optisch transparant glas op productschaal. G3DP2 gaat een

stapje verder dan zijn voorganger uit 2015, door een andere opbouw van de machine en een meer geavanceerde procesbesturing die nog beter is toegesneden op de materiaaleigenschappen en het gedrag van silicaglas. Daardoor is het mogelijk de mechanische en optische eigenschappen vooraf beter in te stellen en te voorspellen.

Het productieplatform heeft bijvoorbeeld een digitaal geïntegreerd thermisch regelsysteem aan boord waarmee de verschillende stadia van het glas nauwgezet kunnen worden gevolgd. Een nieuw vier-assig bewegingscontrolesysteem zorgt voor een exacte debietregeling, hoge ruimtelijke nauwkeurigheid en snellere productiesnelheden.

21 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

De twee door MIT ontwikkelde 3D-print platforms. Links G3DP; rechts G3DP2

Glass II-project Tijdens de Milan Design Week 2017 presenteerde de MIT Mediated Matter Group het Glass II-project: een installatie bestaande uit een reeks van drie meter hoge glazen kolommen volledig vervaardigd met het G3DP2-platform. De glazen kolommen waren opgebouwd uit kleinere 3D-geprinte glazen cilinders, allemaal volledig gemaakt met het G3DP2-platform. Dat leverde unieke structuren op met een steeds weer ander oppervlak.

Door die geometrische complexiteit en de daarmee wisselende, optische eigenschappen, werken de kolommen als een soort lenzen die licht van binnenuit en/of buiten het glasoppervlak kunnen concentreren of juist weer verspreiden.

Om dat effect helemaal uit de verf te laten komen, monteerde de Mediated Matter Group twee donker gespiegelde wanden in de ruimte, die volgens MIT de illusie scheppen van een oneindige reeks van ‘lichte totempalen’ die in de verre duisternis vervagen.

22 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Projectteam: Chikara Inamura (projectleider), Michael Stern, Daniel Lizardo, Tal Achitub, Tomer Weller, Owen Trueblood, Nassia Inglessis, Giorgia Franchin, Kelly Donovan, Peter Houk (projectadviseur), prof. Neri Oxman (project- en groepsdirecteur).

Meer bij MIT Media Lab>

Volgens MIT laat het G3DP2-project zien dat het mogelijk is om met AM-technologie ook op architectonische schaal vrijstaande glasstructuren te maken.

Belangrijk hoogtepunt in die ontwikkeling was het genoemde Glass II-project dat tijdens de Milan Design Week door de MIT Mediated Matter Group in 2017 werd geëxposeerd (zie kader). In de toekomst verwachten de wetenschappers de voordelen van deze AM-technologie te kunnen combineren met de bijzondere materiaaleigenschappen van glas, zoals transparantie, sterkte en chemische stabiliteit. Daarmee denkt MIT een begin te kunnen maken met de ontwikkeling van nieuwe soorten multifunctionele bouwelementen. Zo kan er worden gedacht aan structuren die zijn opgebouwd uit transparante, holle glazen buizen die op hun beurt functies kunnen combineren als verwarming, ventilatie- en airconditioning. Via deze systemen kan men dan synthetische en/ of biologische actieve vloeistoffen laten stromen die bijvoorbeeld op binnenko-

INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019 mend zonlicht en omgevingstemperatuur reageren. Daarmee kan het klimaat van een gebouw dan weer passief worden geregeld. De binnenruimte kan zo worden verlicht alsof het om dynamisch gebrandschilderd glas gaat. Volgens de MIT-wetenschappers zou dit een fundamentele verschuiving betekenen in de perceptie van glas in de architectonische toepassingen. ‘Additive Manufacturing of Transparent Glass Structures’ (Chikara Inamura, Michael Stern, Daniel Lizardo, Peter Houk en Neri Oxman, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA) is online (pdf)>

Video

Assemblage van de glazen kolommen tijdens de Milan Design Week 2017

Links: 3D-geprinte glazen kolommen tijdens de Milan Design Week 2017. Rechts: close-up van een van de glazen kolommen en lichtverstrooiing op de vloer

23 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Deel 1, introductie

Smart materials Smart materials, slimme materialen, zijn overal, maar vaak onzichtbaar of gewoon niet herkenbaar. Zo maken geavanceerde keramische componenten het mogelijk om ‘s werelds modernste vliegtuigen te laten vliegen, maar bijna niemand is zich daarvan bewust. In feite zijn we in ons dagelijks leven omringd door slimme materialen zonder het zelfs maar te merken, zoals de parkeersensor van een auto, de ontsteker van een fornuis en een ultrasoon beeld als een echo-opname in een ziekenhuis. Dit is het eerste artikel in een reeks van acht, waarin prof. Pim Groen in gaat op de wereld van slimme materialen. Pim Groen is hoogleraar SMART Materials bij Aerospace Engineering (AE) aan de Technische Universiteit Delft (TU Delft) en programmaleider van Holst Centre, TNO.

Er kunnen verschillende categorieĂŤn slimme materialen worden onderscheiden. Traditioneel zijn er drie. Ten eerste: metalen. Ze hebben een hoge dichtheid, een redelijk hoog smeltpunt en een elastische modulus. Ze zijn normaal reactief

24 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

met zuurstof en meestal vrij ductiel.

Ten tweede: polymeren. Ze hebben een lage dichtheid, een laag smeltpunt en lage modulus. Bovendien kunnen deze taai en bros zijn.

Ten derde: keramiek. Dit materiaal komt

voor in allerlei verschillende soorten, van aardewerk tot hoogwaardig materiaal.

Deze keramische materialen hebben lagere dichtheden, maar een hoog smeltpunt. Ze vertonen een zeer hoge elasticiteitsmodulus en zijn erg bros.

INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Traditionele indeling van smart materials

Functioneel?

Maar wat maakt materialen slim? In deze context is het interessant om te kijken naar zogenaamde ‘functionele materialen’, een uitdrukking die veel wordt gebruikt, maar die ook kan worden beschouwd als compleet nutteloos.

In feite zijn alle materialen namelijk functioneel. Hout is bijvoorbeeld ook functioneel, omdat je er een stoel van kunt maken en erop kunt zitten. Dat is behoorlijk functioneel. Maar slimme materialen zijn anders.

Slimme materialen kunnen worden gedefinieerd als ‘materialen die eigenschappen hebben die op een gecontro-

leerde manier kunnen worden veranderd door externe stimuli, zoals druk, temperatuur, vocht, pH en elektrischeof magnetische velden’.

Voorbeelden

Er zijn talloze voorbeelden van smart materials. Zoals piëzo-elektrische materialen, vormgeheugenlegeringen en thermochrome materialen. De laatste zijn materialen die hun kleur kunnen veranderen wanneer de temperatuur wordt gewijzigd. Dit principe wordt bijvoorbeeld gebruikt in brillen die van kleur veranderen als reactie op blootstelling aan UV-licht. De kneep zit ‘m in

Prof. Pim Groen gaf een presentatie onder de titel ‘Introduction on SMART Materials’ gedurende de Materials 2018 in Veldhoven

de chemie. Als gevolg van UV-straling ontstaan vrije elektronen, die leiden tot de vorming van metallisch zilver dat zichtbare straling adsorbeert.

Zelfherstellende materialen kunnen zichzelf herstellen als ze beschadigd zijn.

Zulke materialen zijn overigens al op de markt, zoals auto’s die een speciale verf of coating die zelf krassen repareert wanneer deze wordt blootgesteld aan zonlicht.

Elektro-actieve polymeren

We zijn in het dagelijks leven omringd door slimme materialen zonder het zelfs maar te merken, zoals de parkeersensor van een auto (Foto: Stichting Applied Piezo)

Een andere interessante klasse van materialen, zijn zogenaamde elektro-actieve polymeren. De laatste tijd zijn ze meer en meer in de belangstelling gekomen, omdat er actuatoren van kunnen worden gemaakt. Ze bestaan meestal uit een polymeer met lage stijfheid en aan beide zijden twee elektroden. Als er een hoge spanning op de elektroden wordt gezet, zal onder invloed van de Coulombkracht het polymeer vervormen. De druk die door dit type actuator kan worden bereikt, is afhankelijk van de geometrie, de relatieve diëlektrische constante en het kwadraat van de span-

25 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019 ning. Overigens is in dit geval een zeer hoge spanningen nodig, wat praktische toepassingen lastig maakt.

Er zijn meer voorbeelden, zoals temperatuurgevoelige polymeren en zogenaamde ferrofluïds. De laatste zijn vloeistoffen die sterk gemagnetiseerd kunnen worden door de aanwezigheid van een magnetisch veld. Het zijn colloïdale vloeistoffen gemaakt van ferromagnetische, of ferrimagnetische nanodeeltjes, die zijn gesuspendeerd in een dragervloeistof, meestal een organisch oplosmiddel of water. Ferrofluïds worden bijvoorbeeld toegepast in vacuümlagers waar rotatie tussen de binnenkant en de buitenkant nodig is.

Liquid crystals

Liquid crystals, vloeibare kristallijne materialen, hebben eigenschappen die zitten tussen die van conventionele vloeistoffen en die van vaste kristallen.

Een vloeibaar kristal kan vloeien als een vloeistof, maar de moleculen kunnen op een kristalachtige manier zijn georiënteerd. Zulke vloeibare kristallen worden wereldwijd veel gebruikt in LCD-beeldschermen.

Thermo-elektrisch

Boven: Zelfhelend beton (foto TU Delft)

Onder: Ferrofluïd (foto: Gregory F. Maxwell, Wikipedia)

De belangrijkste eigenschap van thermo-elektrische materialen is de directe omzetting van temperatuurverschillen naar elektrische spanning en omgekeerd via een thermokoppel. Een thermo-elektrisch onderdeel genereert elektrische spanning als er aan elke kant een andere temperatuur is. Omgekeerd, wanneer er spanning op wordt gezet, wordt warmte van de ene naar de andere kant overgedragen, waardoor een temperatuurverschil ontstaat. Er dus zijn twee manieren om deze materialen toe te passen. Het Seebeck-effect (de omzetting van warmte direct in elektriciteit) wordt gebruikt om een thermokoppel te maken en het Peltier-effect (het omgekeerde van het Seebeck-effect) wordt gebruikt om verwarmingstoestellen of koelers te maken.

Piëzo-elektrisch

Tot slot moeten de piëzo-elektrische materialen worden genoemd. Het woord piëzo-elektriciteit betekent elektriciteit als gevolg van druk en latente warmte.

Deze klasse materialen zal in een volgend artikel worden besproken waarna

26 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Principe van een e-reader (Afbeelding: E ink corporation)

geheugenlegeringen aan de orde zullen komen.

Slim/niet slim

Maar is een zogenaamde ‘smart reader’ werkelijke een slim materiaal of bevat het een slim materiaal? Het antwoord op beide vragen is ‘nee’. Het is een verzameling klassieke materialen die het apparaat laten werken. Het bestaat uit kleine balletjes - microcapsules - die wit-

te deeltjes bevatten die positief geladen zijn en negatief geladen zwarte deeltjes.

Als er geen spanning op wordt gezet, zie je een grijze pixel. Maar als er spanning op wordt gezet, scheiden de zwarte en witte deeltjes zich en wordt een zwarte pixel gevormd.

En tot slot een voorbeeld van een heel slim materiaal: een raam van de Boeing 787 dreamliner dat elektronisch kan dimmen.

De truc achter dit fenomeen is het elektrochroom effect. Door het toepassen van een elektrisch veld, migreren ionen waardoor de kleur van het materiaal verandert. Dit is bijna hetzelfde proces wat in een batterij gebeurt. Het is eenvoudig te illustreren. Neem een papier waarop wat zilver en het actieve materiaal zijn gedrukt. Wanneer een kleine spanning op het systeem wordt gezet, verandert de kleur van neutraal in blauw. Wanneer de spanning er wordt afgehaald en de electroden worden kortgesloten, zie je dat deze terugkeert naar de oorspronkelijke staat.

Kortom, slimme materialen zijn onderdeel van ons dagelijks leven. De volgende keer wordt een inleiding gegeven over piezoelectrische materialen waarbij nog meer voorbeelden uit de praktijk aan bod komen.

Prof. Pim Groen, TU Delft, Holst Centre - TNO www.holstcentre.com> www.tudelft.nl/en/ae>

Boeing 787 Dreamliner (Foto: Boeing)

27 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

ONDERZOEK

‘Herdrukken’ van architectuurhistorisch erfgoed

Het Mauritshuis-project

Additive Manufacturing (3D-printen) is een wereldwijd fenomeen geworden. Op het gebied van erfgoed kan 3D-printen worden gezien als een tijd- en kostenefficiënte methode voor het herstellen van kwetsbare architecturale structuren. De technologie kan ook een mogelijkheid bieden om vermist of vernietigd cultureel erfgoed, bijvoorbeeld in geval van in het geval van conflicten of milieu-rampen te reproduceren of te herstellen. In de vorige editie van van Innovatieve Materialen (nummer 6 2018) werd aandacht besteed aan het 4TU-project ‘Reprinting architectural heritage’. Bij dit experimentele project in de Hippolytuskerk in het Nederlandse dorp Middelstum werd de beschikbare technologie getest voor een natuurgetrouwe reproductie van een muurschildering in een van de gewelven. Gelijktijdig werd echter een tweede project uitgevoerd in het Mauritshuis in Den Haag. Daarbij is onderzocht of het mogelijk is met 3D-printtechnieken historische ruimten te kopiëren.

Het Mauritshuis is een aristocratisch paleis gebouwd tussen 1633 en 1644 in Den Haag. Sinds 1822 is het een museum met de Koninklijke Beeldengalerij. De collectie Vlaamse en Nederlandse 17de-eeuwse meesterwerken is wereldberoemd. Onder meer vanwege de historische waarde voor Nederland werd besloten om dit museum te gebruiken als een testcase voor

28 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

onderzoek naar het reconstrueren van een historische ruimte met behulp van 3D-printen en om vormen en kleuren te laten herleven die in de loop van de eeuwen verdwenen.

Tegenwoordig ziet de kamer er vanwege de veroudering van de materialen, overschilderingen en renovaties heel anders uit dan oorspronkelijk het geval was. Margriet van Eikema Hom-

ONDERZOEK mes studeerde samen met de conservatoren van het Mauritshuis het originele uiterlijk van de Gouden Zaal en ontwikkelde 2D-reproducties. De 3D-afdruk helpt om de verkregen theoretische kennis en de resultaten van de 2D-reproducties te vertalen in ruimtelijke 3D-reconstructies.

De 3D-print geeft een deel van de ruimte weer in de gereconstrueerde oorspronkelijke staat, waardoor een lang verloren ruimtelijke en esthetische entiteit herleeft. Ze geven de toeschouwer nieuwe inzichten wat betreft de visuele uitstraling van het geheel, de conceptuele eenheid, de picturale vocabulaire en veranderingen in perceptiegeschiedenis in de loop van de tijd. Op deze manier verbindt het project technologisch en geesteswetenschappelijk onderzoek.

De keus viel op de zogenaamde Gouden zaal, waarvan een deel met voldoende textuur en kleur werd geselecteerd om te her-printen.

Fysiek product

Vervolgens werd onderzoek gedaan naar de geschiktheid van verschillende 3D-printtechnieken. Naast modellen van gekleurd gips werd ook de mogelijkheid onderzocht van kunststof, die met gekleurd folie was bekleed. Uiteindelijk viel de keuze toch op gips omdat daarvan werd verwacht dat het de van kleur en glans van de historische ruimte het dichtst zou benaderen.

De volgende stap was om na digitale verwerking van de geselecteerde sectie, die ook fysiek te 3D-printen. Vanwege de beperkte omvang van de printers, was het nodig het model in verschillende componenten op te delen en die afzonderlijk te printen. Om de grens tussen de componenten in het uiteindelijke model zo onopvallend mogelijk te maken, zijn die grenzen zo gemaakt dat ze in de geometrie van het eindresultaat wegvallen.

Vervolgens werden de componenten ge3D-print in de gewens-

De ge3D-printe sectie uit het Mauritshuis, in elkaar gezet op een ondersteunende substructuur

te vorm, textuur en kleur en in elkaar gezet op een ondersteunende substructuur. Dat laatste om het resulterende object als een op zichzelf staand geheel te kunnen neerzetten.

Tijdens het proces zijn in verschillende workshops het proces, de technologieĂŤn en de eerste fysieke resultaten geĂŤvalueerd.

Daarnaast werd het hele proces en het fysieke resultaat gepresenteerd aan een breder publiek tijdens de onderzoeksweek van de Faculteit Bouwkunde, TU Delft in november 2018.

Resultaten

Selectie van het gebied dat is afgedrukt

Gezien het geringe budget en de gelimiteerde afmetingen van de printers zijn de beperkte kwaliteit en afmetingen logisch.

Er mag echter worden verwacht dat met de ontwikkeling van betere technologie en met de acceptatie van zowel het wetenschappelijk als maatschappelijke belang, grotere objecten in aanmerking komen om op deze manier te worden gereconstrueerd.

29 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

ONDERZOEK Daarnaast is te verwachten dat de kwaliteit van de geprinte objecten qua textuur, geometrie en glans alleen maar beter zal worden, waarmee de gelijkenis tussen origineel en kopie ook zal verbeteren.

Verdere evaluatie van de resultaten zal moeten uitwijzen op welke basis toekomstige follow-upprojecten zullen worden opgezet.

Dit artikel was gebaseerd op de publicatie ‘Re-Printing Architectural Heritage: Questions of original and representation in 3D print innovation’ (NWO-dossier 314-98-084), 2018 Met dank aan prof. Carola Hein.

Dit onderzoek werd uitgevoerd door: Prof.dr.ing Ulrich Knaack (TU Delft) Prof.dr.ing. Carola Hein (TU Delft) Prof.dr. Joris Dik (TU Delft) Dr. Margriet van Eikema Hommes (TU Delft + Materialen in kunst en archeologie & Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed van Nederland) Partners: Dr. Edwin Buijsen (Mauritshuis) Boy van den Hoorn (Mauritshuis) Dick Vlasblom (QUBICX) Valentin Van Hecke (4 Visualisatie) Miktha Alkadri (TU Delft)

30 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Links de ge3D-printe muurschildering van de Hippolytuskerk van Middelstum (Innovatieve Materialen nummer 6 2018); rechts de ge3D-printe sectie van de Gouden Zaal van het Mauritshuis; beiden tentoongesteld in de TU Delft (Foto: TU Delft)

ONDERZOEK

Lignine als hernieuwbaar 3D-printmateriaal Wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL, Department of Energy) hebben hernieuwbare 3D-­ printinkt ontwikkeld op basis van lignine.

Lignine is een bijproduct van verwerking van biomassa tot bioproducten. Met een nieuwe, winstgevend afzetgebied voor lignine zullen bioraffinageprocessen kosten-effectiever worden, denkt ORNL. Het onderzoek werd gepubliceerd in Science Advances.

De onderzoekers combineerden lignine uit hardhout met conventionele kunststof, nylon en koolstofvezel om een composiet te maken met precies de juiste eigenschappen voor het 3D-printproces.

In tegenstelling tot composieten zoals acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) die zijn gemaakt van op aardolie gebaseerde grondstoffen, is de verwarming van lignine om het zacht genoeg te maken voor extrusie met een 3D-print nozzle beperkt. Langdurige blootstelling aan warmte verhoogt de viscositeit namelijk aanzienlijk en het materiaal wordt dan simpelweg te dik om gemakkelijk te worden geëxtrudeerd. Maar toen

onderzoekers lignine combineerden met nylon, zagen ze een verrassend resultaat: de stijfheid van het composietmateriaal bij kamertemperatuur nam toe, terwijl de smeltviscositeit ervan afnam. Het lig-

nine-nylon materiaal had een treksterkte vergelijkbaar met dat van puur nylon, terwijl de viscositeit lager bleek te zijn dan die van conventioneel ABS of high impact polystyreen (HIPS).

De ORNL-wetenschappers zagen ook kans een hoger percentage van lignine in het materiaal onder te brengen - 40 tot 50 massaprocent, wat volgens ORNL een record is. Het onderzoeksteam voegde ook nog 4 tot 16 procent koolstofvezel toe aan het mengsel. Het nieuwe composietmateriaal bleek uiteindelijk sneller op te warmen en beter te vloeien en leidt tot een hogere printsnelheid en een sterker product.

Op het lignine-nyloncomposiet is patent aangevraagd.

ORNL>

Cyclus van duurzame 3D-geprinte producten gemaakt van oplosmiddelvrije polymere materialen met 40 tot 60 gew% lignine

De publicatie ‘A path for lignin valorization via additive manufacturing of high-performance sustainable composites with enhanced 3D printability‘ is online>

31 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

ONDERZOEK

‘Biosolids maken bakstenen duurzamer’ Behandeld zuiveringsslib - biosolids - kan prima worden gerecycled door ze te verwerken in baksteen. Daarmee wordt niet alleen een afval probleem opgelost (biosolids worden nu nog vaak gestort) maar kan de bouwbranche ook verder verduurzamen. Dat zeggen wetenschappers van RMIT University in Melbourne.

Zij onderzochten de mogelijkheden om biosolids met klei mee te bakken tot volwaardige bakstenen. Het onderzoek werd in januari gepubliceerd in het tijdschrift Buildings onder de titel ‘A Proposal for Recycling the World’s Unused Stockpiles of Treated Wastewater Sludge (Biosolids) in Fired-Clay Bricks’.

Biosolids zijn een bijproduct van het afvalwaterzuiveringsproces. Het kan worden gebruikt als meststof, bij landherstel of als constructiemateriaal.

Wereldwijd wordt ongeveer 30 procent van deze biosolids opgeslagen of gestort, met de nodige milieubelasting van dien.

Een team van de RMIT University in Melbourne, Australië, zegt te hebben aangetoond dat gebakken baksteen met

32 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

biosolids een duurzame oplossing kan zijn voor zowel de afvalwaterzuiveringsindustrie als de baksteenindustrie. Het onderzoek toont bovendien aan dat de productie van biosolids-stenen slechts ongeveer de helft van de energie nodig heeft in vergelijking met de productie van conventionele bakstenen.

De biosolids-bakstenen waren niet alleen goedkopere te maken, maar hadden ook een lagere thermische geleidbaarheid. Minder warmte-overdracht maakt gebouwen milieuvriendelijker.

De kansen liggen wereldwijd. Volgens RMIT produceert de EU jaarlijks meer dan 9 miljoen ton biologische biosolids per jaar; de Verenigde Staten ongeveer 7,1 miljoen ton. In Australië komt per jaar 327.000 ton aan biosolids vrij. Van het totaal van Australië, Nieuw-Zeeland, de EU, de VS en Canada gaat ieder jaar ongeveer 5 miljoen ton naar de stortplaats. Als minimaal 15 procent van die biosolids in 15 procent van de baksteenproductie zou worden verwerkt, hoeft

Opstelling die bij het onderzoek is gebruikt

ONDERZOEK

er niets van die 5 miljoen ton te worden gestort.

Volgens hoofdonderzoeker associate professor Abbas Mohajerani pakt het onderzoek twee milieukwesties tegelijk aan: de stort van biosolids enerzijds en het afgraven van klei, nodig is voor de productie van bakstenen, anderzijds.

Volgens Mohajerani wordt elk jaar voor de wereldwijde baksteenindustrie meer dan 3 miljard kubieke meter kleigrond afgegraven om ongeveer 1,5 triljoen bakstenen te produceren.

Binnen het kader van het onderzoek zijn ook de fysische, chemische en mecha-

nische eigenschappen van de biosolids-bakstenen onderzocht, met verschillende hoeveelheden aan biosolids (10 tot 25 procent). Daaruit bleek dat de stenen met biosolid druksterktetests glansrijk bleken doorstaan. Verdere analyses toonden aan dat zware metalen grotendeels in de baksteen opgesloten zitten.

Het onderzoek toonde verder aan dat door 25 procent biosolids bij te mengen het energieverbruik van de baksteenproductie 48,6 procent lager uitviel. Volgens de onderzoekers zou de CO2-footprint van baksteenfabricage daarmee aanzienlijk kunnen worden verlaagd.

Het project werd gefinancierd door RMIT University, Melbourne Water en het Australian Government Research Training Program. Het werd eind januari gepubliceerd in Buildings, Volume 9 (2019).

Het artikel ‘A Proposal for Recycling the World’s Unused Stockpiles of Treated Wastewater Sludge (Biosolids) in Fired-Clay Bricks’ is online>

Associate professor Abbas Mohajerani van RMIT’s School of Engineering met een biosolids-baksteen

33 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

ONDERZOEK

Goud uit het riool Goud was door de eeuwen heen voor zo’n beetje iedere beschavingen de basis voor rijkdom en geld. Tegenwoordig wordt goud vooral ook gebruikt in de elektronica, waar het onvervangbaar is vanwege de bijzondere eigenschappen. Maar de voorraad is krap en met een dalend goudaanbod en toename van de productie van elektronica heeft de Europese Unie het metaal intussen als ‘critical resource’ bestempeld.

Hoewel goud uit een aantal alternatieve bronnen te winnen is, zoals elektronica-afval, zeewater, zoet water, afvalwater en rioolslib, zijn er momenteel geen goede processen die selectief goud uit zulke complexe stromen kunnen extraheren. Tenminste, tot nu toe.

23,9 karaats

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Wendy L. Queen van het Zwitserse École polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL zegt een soort ‘spons’ te hebben ontwikkeld die goud uit allerlei complexe afvalstromen kan halen. Het poreuze materiaal, Fe-BTC/PpPDA, is opgebouwd uit een combinatie van een zogenaamd metal-organic framework (MOF) en ‘polymere bouwstenen’ en heeft een enorm inwendig oppervlak, waardoor het volgens EPFL tot 1 gram goud per gram

34 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

materiaal kan opnemen.

Binnen het onderzoek - dat werd gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society, werd het nieuwe materiaal uitgeprobeerd met echte, uiterst complexe vloeistofmengsels. De betrokken onderzoekers - Daniel T. Sun en Dr. Natalia Gasilova - zeggen te hebben aangetoond dat deze materialen in een paar minuten goud kunnen verwijderen uit rivierwater, zeewater en oplossingen van elektronisch afval. Na de extractie wordt de spons gedestrueerd, waarbij 23,9-karaats goud achterblijft, en dat was kennelijk wat zuiverheid betreft een primeur. https://actu.epfl.ch> Rapid, Selective Extraction of Trace Amounts of Gold from Complex Water Mixtures with a MOF/Polymer Composite, Daniel T. Sun, N. Gasilova, S. Yang, E. Oveisi en Wendy L. Queen, Journal of the American Chemical Society, 5 november 2018, DOI: 10.1021 / jacs.8b09555. De publicatie is online>

ONDERZOEK

‘Nano-scale failure in steel: Interface decohesion at iron/precipitate interfaces’ Meerfasige legeringen zoals geavanceerde hogesterkte stalen kunnen onverwacht kapotgaan door dislocaties die ophopen aan interne grensvlakken tussen de zachte ijzer-matrix en harde precipitaten. De spanningsconcentraties die veroorzaakt worden door de dislocatie-ophopingen kunnen leiden tot loslating aan het grensvlak, wat vervolgens leidt tot de vorming van holtes en, uiteindelijk, macroscopische scheuren. Om het kapotgaan van materiaal op zo’n manier te voorkomen, zijn accurate voorspellende materiaalmodellen nodig.

Dr.ir. Astrid Elzas heeft samen met prof.dr. Barend Thijsse het ontstaan van scheuren en het loslaten aan grensvlakken onderzocht op de nano-schaal met grootschalige moleculaire dynamica simulaties, om te begrijpen welke condities leiden tot loslating aan de grensvlakken. Het systematisch variëren van diverse fysische parameters maakte het mogelijk om op

Figuur 2: Schematische voorstelling van verschillende grensvlakken die, door hun oriëntatie, onderworpen zijn aan verschillende belastingen. Verscheidene relaties tussen de tracties en de separaties zijn gevonden voor de verschillende grensvlakken

Naast het diepe en systematische begrip van grensvlak-loslating dat resulteert uit dit werk, zijn ook grensvlak/materiaal-specifieke tractie-separatie-relaties ontwikkeld die in materiaalmodellen op grotere schaal gebruikt kunnen worden om de nauwkeurigheid van die modellen met betrekking tot het beschrijven van het gedrag van grensvlakken te verbeteren, zodat deze modellen een betere voorspelling kunnen geven van het kapotgaan van materiaal.

Figuur 1: Moleculaire dynamica simulatie van loslating aan een grensvlak tussen de zachte ijzer-matrix (rood) en een hard precipitaat (blauw) in staal

een gecontroleerde manier uit te zoeken welke belangrijke fysische effecten een rol spelen. Niet alleen zijn de bestudeerde grensvlakken en het aantal dislocaties gevarieerd, ook zijn verschillende belastingsrichtingen bestudeerd. Naast pure afschuif- en trekbelasting is in deze studie ook een gemengde belasting, dat wil zeggen een trekbelasting onder een hoek met het grensvlak, opgelegd. Het blijkt dat de structuur van het grensvlak, die verandert onder invloed van de belasting, een sleutelrol speelt in het materiaalgedrag.

Op 10 januari 2019 promoveerde Astrid Elzas cum laude op haar proefschrift ‘Nano-scale failure in steel’ aan de Technische Universiteit Delft.

Het proefschrift is te vinden op: https://doi.org/10.4233/uuid:f72f61f4-4508-4552-85b8d89abbbee90e

35 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

ONDERZOEK

Nieuw faseovergangsmateriaal schakelt met licht MIT-onderzoekers hebben een nieuwe manier gedemonstreerd om ongebruikte warmte van automotoren, industriële machines en zelfs zonneschijn op te slaan tot het nodig is.

Graduate student Cedric Viry, professor Jeffrey Grossman en postdoc Grace Han en hun team, gebruikten speciaal ontworpen ‘fotoschakel’ moleculen om de afgifte van warmte te regelen van fase-overgangsmaterialen die worden gebruikt voor het opslaan van thermische energie.

Fase-overgangsmaterialen (phase-change materials, PCM) absorberen energie als ze smelten, terwijl er energie vrijkomt zodra ze weer smelten. Het principe dat MIT nu heeft ontwikkeld maakt gebruik van licht om te schakelen tussen beide fases. Eenmaal gesmolten en geactiveerd door ultraviolet licht, slaat het materiaal geabsorbeerde warmte op totdat een straal van zichtbaar licht het materiaal weer laat stollen en warmte afgeven. Sleutel van dat mechanisme zijn de genoemde ‘fotoschakel’ moleculen.

Om te demonstreren dat dat werkt, gebruikten de onderzoekers een conventionele PCM en een speciaal gemodificeerd fotoswitch-molecuul van azobenzeen, dat bestaat uit twee gekoppelde benzeenringen die zich op verschillende posities ten opzichte van elkaar kunnen bevinden. In de ‘trans’-vorm de van nature voorkomende grondtoestand van het molecuul - zijn de ringen vlak. In de ‘cis’ -vorm is een van de benzeenrin-

Met dit instrument laten de onderzoekers een laser schijnen op de photo­ switch moleculen en voeren ze vervolgens fotoluminescentie- en Raman-spectroscopie-analyse uit om gegevens te verzamelen over de structuur en chemische binding van de moleculen (Foto: Stuart Darsch)

36 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

De thermische energie-opslag en -afgiftecyclus In een gestold monster (structuur A), bestaande uit een composietmengsel van PCM gedoteerd met azobenzeen-fotoswitch moleculen (in de trans-vorm).

De cyclus verloopt als volgt.

Stap 1. De vaste composiet wordt verwarmd tot boven het smeltpunt van de PCM. Het wordt zo een mengsel van gesmolten PCM en azobenzeenkristallen die een hoger smeltpunt hebben (structuur B).

Stap 2. Belichting van het mengsel met ultraviolet (UV) licht, terwijl het tegelijkertijd wordt opgewarmd zodat het gesmolten blijft. De azobenzeendoteringsstof schakelt over van trans naar cis (de vorm met de gedraaide uiteinden) en dispergeert in de vloeibare PCM (structuur C) .

Stap 3. De composiet wordt afgekoeld tot een temperatuur onder het stolpunt. De cisazobenzeen moleculen voorkomen dat het mengsel kan stollen en het blijft daardoor in zijn vloeibare vorm (structuur D).

Stap 4. Het mengsel wordt beschenen met zichtbaar licht, zodat de cis azobenzeen teruggaat naar zijn trans-vorm. De PCM-moleculen en de trans-doteerstof kunnen nu stevig worden gestapeld, zodat het composiet onmiddellijk stolt (structuur A). De latente warmte ervan wordt daaroor vrijgegeven.

ONDERZOEK gen op 56 ° gekanteld. Het schakelt van de ene naar de andere vorm in reactie op licht. Als de vlakke versie wordt blootgesteld aan ultraviolet (UV) zal het verdraaien en als de verdraaide versie wordt beschenen met zichtbaar licht zal die weer afvlakken. Uit een reeks tests bleek dat het systeem goed werkte. De onderzoekers hielden een monstermengsel in vloeibare vorm bij kamertemperatuur, 10 ° C lager dan waar het gestold had moeten zijn. Na tien uur gebruikten ze een lichtstraal om het stollen te activeren en de opgeslagen thermische energie vrij te maken. De onderzoekers denken dat ze op basis van dit onderzoek in de toekomst systemen moeten kunnen ontwikkelen die meer thermische energie kunnen opslaan met verschillende temperatuurbereiken.

Energy.MIT.edu> Meer over onderzoek naar fotoschakelaars bij MIT is online te vinden: G.G.D. Han, H. Li, en J.C. Grossman. ‘Optically-controlled longterm storage and release of thermal energy in phase-change materials.’ Nature Communications, vol. 8, artikelnr. 1446, 2017. doi.org/10.1038/s41467-017-01608-y.> G.G.D. Han, J. Deru, E. Cho en J.C. Grossman. ‘Optically-regulated thermal energy storage in diverse organic phase-change materials.’ Chemical Communications, 2018. doi.org/10.1039/C8CC05919E.>

Van links naar rechts: Cedric Viry, professor Jeffrey Grossman en postdoc Grace Han (Foto: Stuart Darsch)

Voeg informatie toe aan de Kennisbank Biobased Bouwen De Biobased Economy speelt een belangrijke rol in de duurzame ontwikkeling van Nederland en biedt nieuwe kansen voor het bedrijfsleven. Via de kennisbank kunt u kennis vergaren en delen over de beschikbaarheid en toepassingsmogelijkheden van biobased materialen, producten en bouwconcepten. Samen versterken we zo de biobased economie.

Ruim dertig partijen in de bouwsector ondertekenden de green deal biobased bouwen. Deze producenten, architecten, adviseurs en kennisinstellingen delen hun kennis rond kansrijke mogelijkheden van biobased bouwen. Ook de ministeries van Binnenlandse Zaken (Wonen en Rijksdienst), Economische Zaken, en Infrastructuur en Milieu ondersteunen de green deal.

Bouw ook mee aan de biobased economie en voeg uw project- of productbeschrijvingen toe aan deze kennisbank.

Kijk op www.biobasedbouwen.nl voor meer informatie>

37 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

NIEUWS

MaterialDistrict Rotterdam 2019

Met 140 exposanten, tentoonstellingen met 200 nieuwe materialen, presentaties van 100 toonaangevende start-ups & ontwerpers en een lezingenprogramma met zo’n 60 sprekers, is ook dit jaar MaterialDistrict Rotterdam weer een multisectoraal podium voor mate­ riaalinnovaties. Het evenement - 12 tot en met 14 maart 2019 in Rotterdam Ahoy - biedt een ruime mix aan actuele thema’s, zoals circulariteit, digitalisering, smartness, gezondheid en social design.

Dit jaar heeft organisator MaterialDistrict (voorheen Materia) negen internationaal gerenommeerde ambassadeurs aangetrokken die zes sectoren representeren en een belangrijke rol spelen bij het samenstellen van het sprekersprogramma en de selectie van de veelbelovende start-ups en ontwerpers. Voor de sector Architecture zijn dit Ben van Berkel en Filippo Lodi (UNStudio en UNSense), voor Interiors het designduo Niels van Eijk en Miriam van der Lubbe (Van Eijk & Van der Lubbe), voor Products Anouk Groen (RNA Design), voor Textiles & Fabrics Anne Marie Commandeur (Stijlinstituut) en Liesbeth in ’t Hout, voor Urban & Landscapes Cees Donkers (voormalig stadsarchitect Eindhoven) en voor Print & Sign is dit Annemarie Kleve (Anders2).

38 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

Te zien tijdens MaterialDistrict 2019: BorjaJet. Deze dakpannen combineren traditionele dakpannen van keramiek met inktjetprinten. Door deze technologie te gebruiken is BorjaJet in staat de pannen een groot aantal verschillende afwerkingen te geven zoals leisteen, houtsoorten, steensoorten, marmer en oxiden (Foto: Material District)

Er zijn zes onafhankelijke MaterialDistrict-tentoonstellingen. De organisatie richt in nauwe samenwerking met de ambassadeurs zes paviljoens in op de beursvloer, waarin per sector bijzondere expositiestukken van start-ups & ontwerpers worden gepresenteerd, variĂŤrend van tapijt van palmleer tot dunne glasgevels van thin glass. Verder toont MaterialDistrict in Rotterdam de 200 nieuwste materialen die zij het afgelopen jaar heeft gescout; beprinte dakpannen, een composietmateriaal van marmerpoeder en oesters, stoeptegels gemaakt van verbrand afval en nog 197 andere innovaties.

De organisator heeft ook dit jaar een breed lezingenprogramma samengesteld, waarin gerenommeerde (inter) nationale architecten, wetenschappers, ontwerpers en andere experts de laatste ontwikkelingen op materiaalgebied delen met het publiek.

Daarnaast hebben een zo’n 140 bedrijven ook dit jaar weer de kans aangegrepen om op MaterialDistrict Rotterdam hun nieuwste materiaalinnovaties bij het grote publiek te introduceren.

Butong bubbelbeton panelen worden gemaakt door twee matrices samen te drukken. Hoe deze matrices samenkomen binnenin het paneel bepaalt het filtereffect op het paneel. De panelen hebben gaten aan beide kanten in een hexagonaal patroon (Foto: MaterialDistrict)

MaterialDistrict Rotterdam 2019 vindt plaats van dinsdag 12 tot en met donderdag 14 maart in Rotterdam Ahoy.

Ga voor meer informatie en een gratis toegangskaart naar: http://Rotterdam.MaterialDistrict.nl>

Openingstijden Dinsdag 12 maart: 10:30-18:30 uur Woensdag 13 maart: 10:30-20:30 uur Donderdag 14 maart: 10:30-17:30 uur

Lisdodde (Typha) is een snelgroeiende plant die gedijt in waterrijke gebieden in Friesland. Studio Tjeerd Veenhoven ontwerpt isolatie voor spouwmuren gemaakt van lisdodde die voldoet aan de huidige bouwstandaard (Foto: Material District)

39 | INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

AGENDA AM Expo 2019 12 - 13 maart 2019, Luzern

Swisstech 2019 14 - 17 mei 2019, Basel

MaterialDistrict Rotterdam 12 - 14 maart 2019, Rotterdam

Materials & Eurofinish 2019 15 - 16 mei 2019, Leuven

JEC World 2019 12 - 14 maart 2019, Parijs

Materials & Eurofinish 2019 15 - 16 mei 2019, Leuven

CCE International 2019 12 - 14 maart 2019, München

Architect@work Zürich 15 - 16 mei 2019, Zürich, Zwitserland

RapidPro 2019 13 - 14 maart 2019, Veldhoven

Moulding Expo 2019 21 mei 2019, Stuttgart

Fastener Fair Stuttgart 2019 19 - 21 maart 2019, Stuttgart

4Smarts 22 - 23 mei 2019, Darmstadt

Bauma 2019 8 - 14 april 2019, München

25th International Congress on Glass (ICG2019) 9 - 14 juni 2019, Boston, USA

Building Holland 2019 9 - 11 april 2019

Atlantic Design & Manufacturing 11 - 13 juni 2019, New York

3D-printing Europe 2019 10 - 11 april 2019, Berlijn

XVI ECerS Conference 16 - 20 juni 2019, Turijn

KMO, Fachmesse für Kunststoffinnovationen 11 april 2019, Bad Salzuflen

Materials Science & Engineering 2019 24 - 26 juni 2019, Wenen

CRU World Aluminium Congres 2019 24 - 26 april 2019, Londen

GIFA 2019 24 - 29 juni 2019, Düsseldorf

5th Ceramics Expo 30 april - 1 mei 2019, Cleveland, Ohio USA

METEC 2019 25 - 29 juni 2019, Düsseldorf

INNOVATIEVE MATERIALEN 1 2019

http://hightechmaterials.4tu.nl

Select key words and find relevant materials scientists or research groups within 4TU.

High-Tech Materials form the key to innovative and sustainable technology

www.4tu.nl/htm @4TU_HTM

4TU.HTM Research Programme New Horizons in Designer Materials | Visibility and accessibility of Materials Science & Engineering | Annual symposium Dutch Materials | 4TU.Joint Materials Science Activities | web application http://hightechmaterials.4tu.nl

Innovatieve Materialen Innovatieve Materialen is een interactief, digitaal vakblad over nieuwe en/of innovatief toegepaste materialen in de civieltechnische sector, bouw, architectuur en design. Kerngedachte achter het blad is dat de materialensector tot dusver was ‘verzuild’ op basis van materiaalsoorten, waardoor veel kennis en kansen niet worden benut. Daar wil Innovatieve Materialen iets aan doen.

Innovatieve Materialen verschijnt in digitale vorm zes keer per jaar. Abonnees ontvangen een bladerbare versie plus een downloadable pdf-editie. Beide versies zijn interactief, en bevatten hyperlinks en video’s.

Digitaal

Innovatieve Materialen is een digitaal vakblad, wat logischerwijs de moge­ lijkheid geeft om meer informatie toe te voegen dan in een conventio­neel papieren vakblad gebruikelijk is.

Vaak wordt er bij de artikelen een koppeling gemaakt met een relevante website, achterliggende informatie, rapporten, videomateriaal en/of eerder verschenen artikelen.

Uitgever: SJP Uitgevers: Postbus 861, 4200 AW Gorinchem. Tel. 0183 66 08 08 Vraag een gratis digitaal proefnummer aan: info@innovatievematerialen.nl