Amerikaanse onderzoekers hebben een manier gevonden om met een 3D-printer sterkere structuren te bouwen. Ze keken de kunst af van de botten van het menselijk lichaam.
Dankzij de 3D-printer is het heel eenvoudig geworden om lichtgewicht structuren te bouwen. Maar hoe kun je die zo sterk maken dat ze ook voor langere tijd bruikbaar zijn in constructies die stevigheid vereisen, zoals huizen en vliegtuigen? Onderzoekers van Cornell University, Purdue University en Case Western Reserve University in de Verenigde Staten hebben om die vraag te beantwoorden, heel nauwkeurig gekeken hoe menselijke botten in elkaar zitten.
Door die botstructuur te imiteren en bepaalde delen te versterken, kunnen ze nu structuren printen die veel langer meegaan, ook als ze worden belast. Dat schrijven ze in het wetenschappelijke tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.
Leren van botten
'Een bot is als een gebouw', zegt hoogleraar Pablo Zavatierri van de Lyles School of Civil Engineering van Purdue University in een persbericht. 'Het bevat pilaren die het meeste gewicht dragen en balken die de zuilen met elkaar verbinden. Door daarvan te leren, kunnen we veel robuustere materialen 3D-printen, om te gebruiken in onder meer gebouwen.'
Botten gaan lang mee dankzij de trabekels ofwel beenbalkjes, stukjes botweefsel die fungeren als zuilen en balken. Hoe dichter het netwerk van dit weefsel is, des te sterker het bot. Maar ziekte en ouderdom kunnen de dichtheid van de structuur aantasten.
Grotere kans op breuken
Nu blijkt dat de verticale zuilen weliswaar belangrijk zijn voor de stijfheid en de sterkte van het bot, maar dat het de op het oog minder belangrijke horizontale structuren zijn die veroudering van de botten tegengaan.
'Als mensen ouder worden, dan zijn het die horizontale structuren die het eerst verdwijnen, waarmee de kans op botbreuken groter wordt', zegt hoogleraar werktuigbouwkunde Christopher Hernandez van Cornell University.
Simulatiemodel
Om dieper inzicht te krijgen in de rol van de horizontale en verticale structuren in botten, bouwden de onderzoekers een botmodel van polymeren dat ze vervolgens aan diverse tests onderwierpen. Hoe dikker de horizontale stutten, des te langer de structuur overeind blijft als die wordt belast, zo bleek. Het dikker maken van de verticale stutten maakte daarentegen nauwelijks verschil.
Behale dat de nieuwe kennis kan helpen sterkere structuren te printen, zouden ook mensen die lijden aan osteoporose erbij gebaat zijn. Ook bij hen is de botdichtheid verlaagd.
Foto's: Purdue University/Pablo Zavattieri
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.