Thema: Materiaalinnovaties in de keten
De oppervlakkige kanten van materiaalinnovatie.
Interieurdelen voor auto’s die heel zacht aanvoelen, technische componenten die minder wrijving vertonen, vlakken die waterafstotend zijn. Zo maar een greep uit de ongekende mogelijkheden die laserbewerking van oppervlakken biedt voor het beïnvloeden van producteigenschappen. Lightmotif ontwikkelt er, met een focus op de software, de tools voor, bijvoorbeeld om matrijzen te textureren of technische producten een finishing touch te geven. De klant mag de toepassingen bedenken.
De oppervlakkige kanten van materiaalinnovatie.
Materiaalinnovatie zit ook in nieuwe toepassingen en verschijningsvormen van bestaande materialen. Zo heeft, naast de chemische en fysische eigenschappen, de oppervlaktestructuur (ruwheid of textuur) een grote invloed op tal van productfuncties. Zie het Lotus-effect: waterdruppels die van de bladeren van een lotusplant rollen, en passant het vuil meenemend. Dankzij een speciale structuur is het oppervlak van die bladeren waterafstotend.
Ultrakorte laserpulsen
Max Groenendijk deed tien jaar geleden onderzoek naar het Lotus-effect. Hij gebruikte ultrakort gepulste lasers om oppervlaktestructuren op microschaal te maken die hetzelfde effect bleken te vertonen. De energie van de ultrakorte laserpulsen wordt zeer plaatselijk omgezet in warmte die materiaal laat verdampen; ablatie heet dit fenomeen. Doordat die pulsen zo kort zijn (picoseconden, oftewel miljoensten van een miljoenste seconde), ontstaan er geen bramen of spetters en treden er geen negatieve warmte-effecten op in de rest van het materiaal. De laser kan de structuren rechtstreeks op het materiaal aanbrengen of via een omweg, door een matrijs ‘dianegatief’ te textureren. Die matrijs wordt vervolgens gebruikt voor het spuitgieten van producten met de gewenste, diapositieve oppervlaktestructuur. Het maken van een matrijs is sowieso een kostbare aangelegenheid, dus deze aanpak is alleen geschikt voor grote series. Het direct microbewerken met de laser, bijvoorbeeld voor het aanbrengen van de finishing touch op een technisch product, zoals een groefje of een kanaaltje, is ook niet goedkoop. Maar voor hoogwaardige producten kan het wel rendabel zijn, in kleinere of grotere aantallen.
‘We houden ons niet zoveel bezig met mogelijke toepassingen, wij zijn geen materiaalexperts. Veel vragen waar klanten mee komen, hadden wij nooit kunnen voorspellen.’
Om zich verder te specialiseren in microbewerkingen en oppervlakte-texturering met behulp van een laser, richtten Max Groenendijk, Ronald Sipkema en Jeroen van Tienhoven Lightmotif op. De Enschedese spin-off van de Universiteit Twente en materiaalinnovatie-instituut M2i ontwikkelt machines, neemt deel aan Europese onderzoeksprojecten, doet contractonderzoek en systeemintegratie en fungeert op beperkte schaal als een jobber. Klanten komen uit sectoren als automotive, consumer en medical.
Soft-touch
Dat lotusmateriaal heeft het commerciële stadium trouwens niet gehaald. Het materiaal moet namelijk van zichzelf al waterafstotend zijn, waarna de lasertexturering het effect kan versterken. De beste kandidaat, polypropyleen, was uiteindelijk niet geschikt. ‘Die kunststof bleek te zacht, niet krasvast. Voor praktische toepassingen zijn we tegen te veel barrières opgelopen.’ Maar Lightmotif heeft intussen andere, wel kansrijke opties geïdentificeerd, zoals ‘soft-touch’. ‘Pilaargestructureerde oppervlakken voelen veel zachter aan dan normale kunststoffen, omdat je door die pilaartjes veel minder contactoppervlak met de huid hebt. In een Europees project onderzoeken we de toepassing voor auto-interieurs, denk aan dashboards. Tevens is er interesse uit medische hoek, omdat ‘soft-touch’ materialen huidirritatie kunnen verminderen. En ook voor consumentenproducten kan er behoefte zijn om die anders, zachter te laten aanvoelen.’
Zo zijn er talloze voorbeelden van eigenschappen die met lasertexturering zijn te realiseren. Antireflectie bijvoorbeeld om matte oppervlakken te maken, of lage wrijving voor technische componenten zoals lagers. Maar het bedenken van die toepassingen is niet Lightmotif’s pakkie-an. ‘We houden ons daar niet zoveel mee bezig, wij zijn geen materiaalexperts. Het aanbrengen van de texturen, daar ligt onze toegevoegde waarde. Als een klant zich heeft verdiept in een mogelijke toepassing, kan hij daar in samenwerking met ons verder onderzoek naar doen. Veel vragen waar klanten mee komen, hadden wij nooit kunnen voorspellen. De techniek is niet alleen geschikt voor staal, want met ultrakortepulslasers kunnen alle materialen worden bewerkt, ook keramiek of glas. We hebben bijvoorbeeld gekeken naar het laserfrezen van nauwkeurige structuren in alumina of wolframcarbide.’
Geen hype
Max Groenendijk voorziet een geleidelijke groei voor Lightmotif. ‘De doorbraak van een technologie als de onze duurt altijd langer dan je denkt. We surfen ook niet mee op een of andere hype. Het textureren van matrijzen is voor ons een van de uitdagendste applicaties, want het is niet eenvoudig om klanten te vinden voor het doen van testen. Zij moeten wel bereid zijn om enig risico te lopen met hun dure matrijzen. We hebben niet de ambitie een grote machinebouwer te worden, maar kunnen wel samen met partners onze lasertechnologie op grotere schaal uitrollen. Daarbij blijven wij ons richten op de kern: het bewerkingsproces en de software voor de besturing.’ De specifieke materiaalinnovaties mag de klant bedenken.
