Ontwerpvrijheid en -optimalisatie met lasergevormd glas
Als afstudeeronderzoek binnen zijn master Structural Engineering aan de TU Delft onderzocht Rens Hoekstra, inmiddels ABT-collega, het constructieve gedrag van lasergevormd glas: is het mogelijk via laserverhitting het glas te verstijven en is het bezwijkgedrag ervan te voorspellen?
De techniek glasbewerking met lasers is ontwikkeld door het Duitse onderzoekscentrum Fraunhofer IWM. Hierbij wordt glas in een oven verhit tot vlak voor de viskeuze fase. Met een laser wordt het glas vervolgens lokaal verhit, waardoor dit gebied wel viskeus wordt. Precisiewerk maakt het mogelijk het glas uit het vlak te laten zakken door gravitatie, waardoor het glas kan ‘buigen’ of ‘vervormen’ met extreem kleine buigradii (<10mm).
Rens onderzocht lasergevormd glas, waarbij een vlak paneel meer constructieve hoogte krijgt (afbeelding hiernaast). Het glas zakt lokaal uit het vlak, waardoor de diepte toeneemt. Via ‘necken’ neemt deze lijfdikte af hoe dieper het materiaal zakt. Meer hoogte is gecreëerd uit vlakke 4mm panelen (tot wel 12mm hoog), zonder extra materiaal toe te voegen. Dit zorgt voor een hogere stijfheid omdat het traagheidsmoment flink wordt verhoogd bij een hogere doorsnede.
Vierpuntsbuigproeven (afbeelding hiernaast) toonden aan dat met dezelfde materiaalhoeveelheid de glasstijfheid tot wel 10 keer hoger ligt en er tot wel 40% materiaal bespaard kan worden. Het verloop van het bezwijkgedrag is vervolgens aangetoond met DIANA FEA software. Meerdere bezwijkmechanismen zijn geconstateerd bij de vierpuntsbuigproeven: deze zijn voorspelbaar en afhankelijk van de doorsnede-parameters (diepte/necking/dikte).
Het onderzoek toont aan dat met laser-vormen het glas betere prestaties kan behalen met dezelfde hoeveelheid materiaal. Het productieproces is nog in ontwikkeling, maar biedt mooie perspectieven. Vrije vormen uit laten zakken in het glas is mogelijk, betere constructieve eigenschappen kunnen worden behaald en eerder onmogelijke ontwerpen kunnen gerealiseerd worden!
Dit artikel is gepubliceerd in de winter 2025 editie van ABT Magazine.