smart materials book of ideas 2 In het kader van het RAAK project Materialen in Ontwerp 2 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie

Transcriptie

1 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie smart materials book of ideas 2 In het kader van het RAAK project Materialen in Ontwerp 2 uitgevoerd door: Kenniscentrum Design en Technologie Lectoraat Industrial Design Lectoraat Smart Functional Materials partners: Industrial Design Centre d Andrea & Evers Syntens Verenigde Maakindustrie Oost Kom verder. Saxion. september

2 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Het Kenniscentrum Design en Technologie van Saxion bundelt kennis op het gebied van product- en procesontwikkeling. Samen met bedrijven worden maatschappelijke thema s vertaald naar concepten, producten / processen en prototypes, die uiteindelijk moeten uitmonden in marktinnovaties. Kennis uit (wetenschappelijk) onderzoek wordt hierbij als input genomen en vertaald naar praktisch toepasbare kennis. Stuurgroep Kenniscentrum D&T: Peter van Dam, Jan Wolters Lectoren: Karin van Beurden, Ger Brinks, Henk van Leeuwen, Michiel Scheffer, Piet Griffioen, Bart Meijer, Wouter Teeuw, Theo Huibers Contactpersoon: Ivanka Ruiterkamp e: m.a.ruiterkamp@saxion.nl Het lectoraat Industrial Design - Lector Karin van Beurden - richt zich op het vertalen van marktwensen en mogelijkheden van de gebruiker in een maakbaar, seriematig te vervaardigen product. De mens staat centraal bij het productontwerp, doelgroepgericht ontwerpen inclusief gebruiksonderzoek is een belangrijk thema, evenals (vernieuwende) Materialen in Ontwerp. Het Lectoraat Smart Functional Materials - Lector Ger Brinks is regionaal en waar mogelijk nationaal initiërend bij het bepalen van de innovatieagenda voor textiel en smart materials toepassingen. Het lectoraat Smart Functional Materials richt zich met name op onderzoek naar de ontwikkeling en vermarkting van hoogwaardig textiel en op onderzoek naar innovaties in functionele materialen. Saxion Kenniscentrum Design en Technologie M.H. Tromplaan AB Enschede t:

3 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Smart Materials book of ideas 2 In het kader van het RAAK project Materialen in Ontwerp 2 uitgevoerd in samenwerking met: smart materials RAAK - materialen in ontwerp 2

4 Colofon Saxion Kenniscentrum Design en Technologie 0. Colofon Auteurs : Ger Brinks Karin Overbeek Vormgeving: Maarten Swart Eindredactie: Ger Brinks Karin van Beurden Marike Lammers Met een bijdrage van: Capzo Euroflex Suzlon Alcon Advies Dingelstad Design Partners RAAK SIA Materialen in Ontwerp: Industrial Design Centre, Tonny Grimberg D Andrea & Evers, Tom Evers Syntens, Bas Ramaker Verenigde Maakindustrie Oost, Martin Leushuis Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Karin van Beurden, lector Product Design Ger Brinks, lector Smart Functional Materials Marike Lammers, projectleider Materialen in Ontwerp Karin Overbeek, onderzoeker Maarten Swart, lid kenniskring Jan de Vries, lid kenniskring RAAK Stichting Innovatie Alliantie II smart materials - colofon

5 inhoud RAAK - materialen in ontwerp 2 0. Colofon II 1. RAAK-SIA Materialen in Ontwerp Kenniscentrum Design en Technologie Materialen in Ontwerp Inleiding smart materials Omschrijving / definitie Markt en behoeften Industrie Uitdagingen Technologie Smart textiel en ambient intelligence Soorten Smart Materials Bronnen CASE Kwantitatieve analyse van het effect van Phase Change Materialen in kleding Inleiding Het project Resultaten Discussie Conclusies Onderzoek naar het effect van Phase Change Materials in kleding Smart Materials in verpakkingen Brainstorm voor Euroflex 18 mei Smart Materials in windmolenbladen Brainstorm voor Suzlon 22 juni B 1 Mindmap: Smart Materials: Techniek 44 B 2 Mindmap: Smart Materials: Markt 46 Inhoud smart materials - inhoud III

6 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie IV smart materials - inhoud

7 RAAK - materialen in ontwerp 2 1. RAAK-SIA Materialen in Ontwerp 2 Materialen in Ontwerp 2 (MiO2) is een gezamenlijk innovatieprogramma van Saxion, Verenigde Maakindustrie Oost, Industrial Design Centre, D Andrea & Evers, en Syntens. Het MiO2 programma is gericht op het creëren van praktisch toepasbare kennis voor bedrijven op de volgende aandachtsgebieden: 1. Biopolymeren 2. Gerecyclede kunststoffen 3. Smart materials 4. Lijmen 1 Inleiding Binnen het programma is bedrijven de mogelijkheid geboden om vragen op het gebied van de vier thema s te stellen. Er zijn specifieke workshops en projecten georganiseerd om kennis te vergaren voor de bedrijven. Hierbij zijn naast lectoren, docenten en studenten diverse experts en deskundigen ingezet. Daarnaast is er een Saxion materialenbibliotheek en een interactieve productdatabank: RAAK-SIA Dit boekje is gerealiseerd in het kader van het project Materialen in Ontwerp 2, gesubsidieerd door RAAK SIA. (Stichting Innovatie Alliantie). RAAK Het een en ander is mogelijk gemaakt door gelden van RAAK SIA (Regionale Aandacht en Actie voor Kenniscirculatie) en is een regeling vanuit het Ministerie van OCenW. Doelstelling De initiële doelstelling van deze regeling is om de kennisuitwisseling tussen hogescholen, BVE-instellingen en het midden- en kleinbedrijf in regionale innovatieprogramma s te verbeteren. Daarbij gaat het vooral om het versterken van de kennisbrugfunctie die deze instellingen kunnen hebben in de relatie tussen MKB-bedrijven en het totaal van de kennisinfrastructuur. raak-sia materialen in ontwerp 2 5

8 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie 1.1 Kenniscentrum Design en Technologie Het Kenniscentrum Design en Technologie maakt deel uit van Saxion en bundelt kennis op het gebied van product- en procesontwikkeling. Samen met bedrijven worden maatschappelijke thema s vertaald naar concepten, producten, processen en prototypes, die uiteindelijk moeten uitmonden in marktinnovaties. Kennis uit (wetenschappelijk) onderzoek wordt hierbij als input genomen en vertaald naar praktisch toepasbare kennis. 1.2 Materialen in Ontwerp 2 Saxion startte in 2008 samen met Verenigde Maakindustrie Oost, Industrial Design Centre, D Andrea & Evers en Syntens het innovatieprogramma Materialen in Ontwerp 2 (MiO2), de opvolging van Materialen in Ontwerp 1. Doel van MiO2 was het creëren van praktisch toepasbare kennis in door bedrijven aangedragen projectideeën. Binnen MiO2 lag de focus op de volgende aandachtsgebieden: Biopolymeren, Gerecyclede kunststoffen, Smart Materials en Lijmen. Deze thema s waren door de bedrijven uit MiO1 aangedragen. Saxion en partners boden bedrijven de mogelijkheid om vragen op het gebied van deze thema s te stellen. Middels workshops en projecten werd kennis vergaard voor de bedrijven. Hierbij werden experts, deskundigen en studenten ingezet. Het een en ander werd mogelijk gemaakt door gelden van RAAK SIA (Regionale Aandacht en Actie voor Kenniscirculatie) Thema Smart Materials Het thema Smart Materials is onder Materialen in Ontwerp 1 ook al aan de orde geweest. Omdat bleek dat deze nieuwe materialen tegenwoordig steeds belangrijker worden en bedrijven vragen hierover hadden is besloten hier in MiO2 mee verder te gaan. Dit document is opgesteld om ontwerpers en bedrijven die zich bezig houden met productontwikkeling praktische informatie te bieden over Smart Materials. 6 smart materials

9 RAAK - materialen in ontwerp 2 Definities, toepassingsgebieden, technologieën en zeer veel soorten Smart Materials zullen aan bod komen in dit boekje. Daarnaast wordt er een samenvatting gegeven van één van de projecten waarin Smart Materials een rol hebben gespeeld: Kwantitatieve analyse van het effect van Phase Change Materials in kleding. Tot slot komen twee brainstorms in beeld waarin ideeën en concepten tot stand zijn gekomen waarbij Smart Materials toegepast worden in enerzijds verpakkingen en anderzijds windmolenbladen Mindmaps Er zijn twee mindmaps samengesteld over Smart Materials: Smart Materials: Techniek, zie Bijlage 1 op pagina 44 Smart Materials: Markt, zie Bijlage 2 op pagina 46. Deze zijn achteraan dit document te vinden. De interactieve versies van deze mindmaps zijn te downloaden via Doelgroep eindgebruikers Zie mindmap Smart Materials: Markt, Bijlage 2 op pagina 46. raak-sia materialen in ontwerp 2 7

10 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie 8 smart materials

11 RAAK - materialen in ontwerp 2 2. Inleiding smart materials 2.1 Omschrijving / definitie Wanneer wordt er gesproken over een smart, een intelligent of een dynamisch materiaal? Smart materialen Smart materials zijn materialen, of constructies van materialen, die reageren op prikkels vanuit de omgeving. Dit heeft te maken met informatieverwerking. Er komt informatie naar het materiaal toe, afkomstig van sensoren of menselijke handelingen. Deze (input)informatie wordt verwerkt tot (output) informatie die het materiaal, constructie of de mens aanzet tot handelen (eventueel via displays en actuatoren) of die het materiaal van vorm of eigenschap doet veranderen. 2 Hoofdstuk Het is voor een materiaal nog lastig om zelf output te genereren, laat staan om te leren van zijn vorige output. Het materiaal is altijd voorgeprogrammeerd en kan slechts kiezen voor een output die gekoppeld is aan een bepaalde input, dus is het materiaal eigenlijk reactief. Maar dat zal ongetwijfeld in de nabije toekomst veranderen Het is ook mogelijk om een andere doorsnede te kiezen waardoor de definitie verandert en veelzeggender wordt. We kiezen hier voor dynamische materialen. Dynamische materialen Dynamische materialen reageren op omgevingsstimuli door hun eigenschappen of functie te veranderen. Omgevingsstimuli kunnen zich voordoen in de vorm van: licht (UV) temperatuur ph belasting, bijv. druk elektrische of magnetische velden Afhankelijk van het soort materiaal is het proces reversibel (omkeerbaar) of irreversibel (onomkeerbaar). inleiding smart materials 9

12 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie 10 smart materials

13 RAAK - materialen in ontwerp 2 3. Markt en behoeften De markt voor smart materials maakt een enorme groei door. Het onderzoeksrapport Smart Materials: A Technology and Market Assessment [3] schat de smart materials markt wereldwijd op $8,1 miljard in 2005 en verwacht dat deze in 2010 gestegen zal zijn tot $12,3 miljard. De markt maakt een gemiddelde jaarlijkse groei door van 8,6%. De markt voor producten waarin smart materials worden gebruikt, is zelfs nog groter. Deze is $27,7 miljard in 2005 en groeit tot $52,2 miljard in 2010, overeenkomend met een gemiddelde jaarlijkse groei van 13,5%. Zie ook tabel 3.1 en figuur 3.1. Hoofdstuk 3 Marktomvang (in miljarden) AAGR-% Smart Materials markt 7,5 8,1 12,3 8,6 Eindproducten die Smart Materials gebruiken 23,9 27,7 52,2 13,5 AAGR: Average Annual Growth Rate (gemiddelde jaarlijkse groei) tabel 3.1 Marktomvang Smart Materials Bron: Buchaca, J. (2005). Smart Materials: A Technology and Market Assessment. [2], [3] fig. 3.1 Marktomvang Smart Materials Bron: Buchaca, J. (2005). Smart Materials: A Technology and Market Assessment. [2], [3] Piëzo-smart materials maken met 50% het grootste deel uit van de totale smart materials markt. Met respectievelijk 30% en 15% maken biomimetics en thermoresponsive materialen ook een groot deel uit van de smart materials markt. [3] markt en behoeften 11

14 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie D.m.v. een brainstorm is er gekeken naar markten waar smart materials goed toegepast kunnen worden. Deze brainstorm is in een mindmap verwerkt, zie pagina 46. Per markt zijn er thema s en voorbeelden van toepassingen bedacht. Een aantal thema s keerden iedere keer weer terug, daarom worden deze hier besproken met daarbij de markten waarin ze passen. fig. 3.2 Friendfinder Conceptidee van armband met actief display [1] fig. 3.3 Smart kinderjack Conceptidee van intelligent kinderjack met locatiebepaling [1] Lokalisering Combinatie van ontwikkelingen op het gebied van GPS met technologieën op het gebied van micro-elektronica embedded in textiel geven nieuwe mogelijkheden voor toepassingen met lokalisering: Sport & vrije tijd: outdoor lokalisering bij wandelingen, fietstochten, enz. Friendfinder : vrienden vinden, interactieve spellen, dating, gerichte reclame, enz. Conceptidee uit Smart Materials, book of ideas [1]. Smart kinderjack: intelligent kinderjack met locatie bepaling. Conceptidee uit Smart Materials, book of ideas [1]. Smart materialen in de reclame. Textiel kan voorzien worden van allerlei opdrukken in de vorm van pigmenten. Zo zijn er gekleurde pigmenten die transparant worden onder invloed van hitte. Dit proces kan eindeloos herhaald worden. Deze pigmenten zijn gebaseerd op liquid crystal technology en worden geleverd met een breed pallet aan kleur - temperatuur profielen. Vergelijkbaar zijn pigmenten die beïnvloedbaar zijn door lichtintensiteit. Als de lichtbron verwijderd wordt, wordt het pigment weer kleurloos. Boeiend zijn de geursystemen die bestaan uit microcapsules voorzien van geurstoffen die in een dunne laag op textiel kunnen worden aangebracht. Met deze coating kun je allerlei geuren introduceren op textiele producten. Dit heeft duidelijke toepassingen in de reclame wereld. Ook zijn er allerlei effecten te bereiken door lichtgevende materialen aan te brengen. Electroluminescente materialen bestaan uit een combinatie van fosfor en fluorkoolwaterstoffen die een briljant licht produceren in verschillende kleuren zodra ze elektronisch gestimuleerd worden. Fluorescente materialen produceren zichtbaar of onzichtbaar licht als gevolg van opvallend licht met een kortere golflengte (zoals X-rays en ultraviolet straling), alleen te zien als de bron van opvallend licht wordt weggenomen. 12 smart materials

15 RAAK - materialen in ontwerp 2 Bescherming Er zijn Smart Materials die extra bescherming kunnen bieden op de momenten, dat het nodig is. Markten waarbij dit van toepassing kan zijn: sport: valbescherming, bijvoorbeeld bij ijshockey en rugby; verkeer: valbescherming voor kwetsbare verkeersdeelnemers; thuis: bescherming in de tuin tegen natuurelementen (zon, regen, wind en ongedierte); kleding: bescherming van de gezondheid, bijvoorbeeld door temperatuurregeling. Hygiëne Toepassing van Smart Materials in producten zou de hygiëne kunnen verbeteren doordat smart materials de volgende eigenschappen kunnen bevorderen: vochtregulering (o.a. zweetafvoering), vuilafstotend, luchtdoorlatend, temperatuurregeling en geuromzetting. Markten waar dit toegepast zou kunnen worden: sport; kleding: zowel voor consumenten als professioneel gebruik; thuis: interieur binnenshuis en buitenshuis. fig. 3.4 Flex Armor (concept) Bij een ongeluk treedt de Flex Armor en nanocoating van het pak in werking, de Flex Armor zorgt er voor dat het pak op de plaats van impact tijdelijk hard wordt. Waardoor het pak de rest van de tijd flexibel is en aangenaam zit. De nanocoating zorgt voor extra slijtvastheid bij het glijden over het asfalt. [1] fig. 3.5 Cocoon, kinderwagen Conceptidee waarin diverse Smart Materials zijn verwerkt die de hygiëne bevorderen, bijvoorbeeld temperatuur regeling, vuilafstoting en vochtregulering [1] markt en behoeften 13

16 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie fig. 3.6 LED douche Wanneer het water warm wordt verkleurt het LED licht van blauw naar rood, schrikken van het koude water is niet meer nodig. Batterijen zijn niet nodig, door de waterdruk wordt voldoende energie opgewekt [17] Alarmering Door middel van slimme combinaties van Smart Materials met sensoren kan er signalering plaats vinden en kan er vervolgens al dan niet een alarm gegeven worden. Markten en toepassingen: producten voor kinderen: luiers, bekers en bestek; douche/bad: is het water warm of koud? gezondheid: d.m.v. monitoring van bloeddruk, hartslag, suiker, enz. kan er bij een risicofactor een alarm gegeven worden. fig. 3.7 Baby s Bottle (concept) Dit babyflesje heeft een thermochromatische bedrukking die verkleurt als de inhoud van het flesje de juiste temperatuur heeft [14] fig. 3.8 Babybestek Lepel die verkleurt als het voedsel warm is. 14 smart materials

17 RAAK - materialen in ontwerp 2 Veiligheid (safety & security) Smart Materials kunnen de veiligheid bevorderen. Bijvoorbeeld in: kleding: voor zowel professionele als consumenten gebruiker; bewaking van ruimtes, bijvoorbeeld d.m.v. druksensoren. fig. 3.9 Druksensoren geïntegreerd in de vloer Conceptidee waarbij detectie van aanwezigheid van personen mogelijk wordt d.m.v. geïntegreerde (druk-)sensoren. [1] Energie Smart Materials kunnen veel oplossingen bieden op het gebied van energie. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk thuis een geheel draadloos syteem op te zetten, d.m.v. inductie. Dit biedt energie voor verlichting, huishoudelijke apparaten en audiovisuele apparatuur. Tegenwoordig zijn er flexibele zonnecellen verkrijgbaar. Dit biedt meer mogelijkheden voor gebruik van zonnecellen in producten [12]. fig Powerbrella Parasol met flexibele zonnecel bladen [15] fig Conceptideeën voor energie oplossingen in de huiskamer [1] markt en behoeften 15

18 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Stemming Door gebruik te maken van Smart Materials in diverse toepassingen kan de omgeving afgestemd worden op de sfeer of stemming. Er kan gespeeld worden met kleuren, licht, geluid en geur. Mogelijke markten hiervoor zijn: horeca: bijvoorbeeld thema s voor dagen of feesten, interactieve wanden en vloeren; thuis interieur: de ruimte reageert op de stemming van de persoon. Monitoring Met behulp van Smart Materials kan er monitoring plaats vinden van bijvoorbeeld: bloeddruk, hartslag, suikergehalte, ademhaling en vochtgehalte. Markten waar dit toegepast zou kunnen worden: gezondheidszorg; professioneel, maar ook in thuissituaties bij bijvoorbeeld hulpbehoevende senioren; sport. fig Fruitverpakking met rijpheidssensor [16] Comfort In deze maatschappij is er een sterk streven naar comfort. De leefomgeving moet steeds prettiger worden. Smart Materials kunnen daaraan bijdragen. terrasmeubelen: meubelen met een warmte of koude buffer element: overdag nemen ze warmte op die s avonds of s nachts weer afgegeven kan worden; Home Domotica: draadloze systemen, buiten houden van insecten, ventilatie, beveiliging en flexibele scheidingswanden. fig Terrasmeubelen met temperatuurregulatie (conceptidee) [1] 16 smart materials

19 RAAK - materialen in ontwerp 2 4. Industrie 4.1 Uitdagingen Bedrijven die producten en materialen produceren en ontwikkelen zullen met smart technologie in staat zijn de functionaliteit van producten variabel te maken. Het kernwoord is dus functionaliteit. Functionaliteit Nieuwe functionaliteiten zullen ingebouwd worden in vezel materiaal, in garens of in doek, of zullen tijdens het finishen worden aangebracht, voorbeelden zien we al bij de toepassingen van elektronica op textiel en bijv. Phase Change Materials, materialen die actief bijdragen aan het opvangen van temperatuursverschillen. Combinaties van eigenschappen en functies worden ook steeds normaler. Technologie stelt producenten in staat eigenschappen en functionaliteiten te combineren in grote aantallen variëteiten aan eigenschappen en verwerkt in een veelheid aan vezels en textiele producten. De markt voor interactieve en smart textiel staat nog maar aan het begin. Maar de verwachtingen zijn torenhoog en er wordt een zeer snelle groei voorzien. Veel nieuwe ontwikkelingen worden voorzien in de entertainment, militaire markt, sportkleding, gezondheidszorg en werkkleding. Veel van het huidige onderzoek wordt gefinancierd door overheden, voor militaire toepassingen. Kleren van de toekomst zullen de functionaliteiten van een persoonlijk kantoor hebben of bijv. van een ziekenhuis monitoring systeem. Deels is deze technologie al beschikbaar en op de markt, zoals kleding die in staat is het welbevinden te monitoren. Maar de ontwikkelportfolio zit nog boordevol. Verwacht wordt dat smart textile de gewoonste zaak van de wereld is over een aantal jaren. Hoofdstuk 4 Er is sprake van structurele groei van textielgebruik per hoofd van de bevolking, maar vooral de jonge consument stelt eisen die voorheen onbekend waren. Voor deze generatie is smart geen bijzonderheid, maar een feit dat in het dagelijkse leven overal wordt gebruikt. Dit stelt eisen aan kleding, die aan dezelfde trends en behoeftes moet voldoen. Design en systeemdenken zullen hierbij een allesbepalende rol spelen. industrie 17

20 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Succes wordt meer en meer bepaald door samenwerking tussen technologie, design en kunst. Paul Bradley van het industriële ontwerpbureau Ideo: The consumer electronics industry is going the way of the tennis shoes, where fashion really matters. Dit geldt ook voor de textielindustrie. De wereld is rijp voor de ontwikkeling van innovatieve materialen en we moeten gebruik maken van dit momentum om smart concepten en intelligente materialen in de markt te introduceren. De vraag hierbij is hoe we optimaal gebruik kunnen maken van de verworvenheden die wetenschappelijk onderzoek ons biedt om de resultaten daarvan in de industrie in commercieel aantrekkelijke producten toe te passen. Dit vereist het overbruggen van een kloof, maar het verleden heeft aangetoond dat dit geen uniek probleem is. In het vervolg zal aan de hand van een groot aantal voorbeelden beschreven worden hoe dit eerder is gedaan. Toepassen van deze nieuwe technologie vereist een andere benadering, veelal buiten het traditionele vakgebied. Dit dwingt ons om na te denken over het productontwikkelingsproces. De nieuwe technologie vereist een nieuwe benadering, met nieuwe producten en een andere strategie, met meer nadruk op technologie, maar ook met een nieuwe globale aanpak gecombineerd met verschillende partners in deze sector. De textielsector heeft bij sommigen misschien nog wel een oubollig imago, in realiteit ziet deze industrietak er tegenwoordig helemaal anders uit dan men verwacht en speelt nu al zeer actief in op deze ontwikkelingen. In het verleden hadden innovaties in de consumentenmarkt vooral te maken met kleur, design en styling. De introductie van micro- en specialiteitvezels en tal van nieuwe veredelingsproducten en technologieën resulteerden in een nieuwe generatie van materialen. De nieuwe generatie van ontwikkelingen heeft betrekking op functionele materialen met bijvoorbeeld antibacteriële en stressreducerende eigenschappen, U.V-blokkerende werking, materialen met een ingebouwde klimaatregeling, evenals zelfherstellende materialen. Recente ontwikkelingen combineren verschillende functionaliteiten. We evolueren naar multifunctionele kleding gekoppeld aan intelligente capaciteiten. 18 smart materials

21 RAAK - materialen in ontwerp 2 Nieuwe technieken worden sneller en vroeger in de productieketen toegepast, mogelijk zelfs gelijktijdig met de ontwikkelingsfase van weefsels en substraten. Biotechnologie stelt ons misschien in staat processen te ontwikkelen waardoor kant-en-klare kledingstukken groeien op een model van een lichaam, alleen de knopen ontbreken nog. Deze ontwikkelingen maken het mogelijk dat producenten en productontwikkelaars alert inspelen op de uitdagingen die ontstaan door de verscherpte concurrentie in de verschillende sectoren. De evolutie naar intelligente materialen is duidelijk in een stroomversnelling geraakt, mede door de input en kennistransfer van diverse technologieën en materialen uit andere sectoren zoals elektronica en chemie. Grenzen tussen deze verschillende disciplines zullen in de toekomst dan ook meer en meer vervagen. Recent heeft TenCate een concept gepatenteerd voor materiaal voor dijkversteviging voorzien van ingebouwde sensoren die aangeven of er lekkages ontstaan. Dus integratie van verschillende functionaliteiten. Design en toegepaste kunst worden belangrijk. Bij de ontwikkeling van bijvoorbeeld een fiets, schoen, koffiezetter, pen, stofzuiger, beugelfles, soepverpakking, ademende kleding, vlaggen of stoel, wordt door ontwerpers telkens de vraag gesteld: welk materiaal gebruiken we hiervoor? Natuurlijk, de toepassing limiteert en selecteert al materialen, maar daarbinnen blijft een enorme ruimte over aan verschillende types, soorten en mogelijkheden. Ontwerpers geven zelf aan dat de vraag welk materiaal één van de lastigste te beantwoorden vragen is binnen het innovatieproces. De te snelle keuze voor één bepaald materiaal werpt beperkingen op in de mogelijkheden van het uiteindelijke product, maar beperkt de ontwerper ook in het ontdekken van nieuwe mogelijkheden. Het negeren van deze vraag veroorzaakt onherroepelijk problemen in latere stadia van de ontwikkeling. Bedrijven, universiteiten en kenniscentra hebben veel kennis beschikbaar over specifieke materialen en elke dag komt er nieuwe kennis bij. Er zijn databanken, octrooien, websites en adviesbureaus die ontwerpers inzicht kunnen geven in eigenschappen van vele materialen. industrie 19

22 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie De Twentsche Courant Tubantia, 11 dec 2009, p smart materials

23 RAAK - materialen in ontwerp 2 5. Technologie 5.1 Smart textiel en ambient intelligence Gebaseerd op de steeds maar kleiner wordende afmetingen van micro-elektronica is een nieuw paradigma ontstaan: Ambient Intelligence, overal aanwezige intelligente systemen. Een distributed network met klein laagvermogen en high performance circuits, draadloze communicatie, nieuwe sensoren en actuatoren, autonome energiebronnen en gebruikersvriendelijke interfaces zullen de elektronica uit het zicht doen verdwijnen door deze volledig in producten te integreren. Hoofdstuk 5 Smart clothing samen met de smart omgeving is nu al een sleutelbegrip in de ambient intelligence era. Maar om de visie van ambient waar te maken moet de huidige hardware verder gereduceerd worden in afmetingen en energieverbruik. Van de andere kant: gebruikers willen steeds onafhankelijker zijn van stroombronnen. Ontwikkeling van low power electronics en van nieuwe efficiënte stroombronnen gaan dan ook hand in hand en moeten optimaal bij elkaar passen voor integratie in textiel. Enkele voorbeelden zijn: Zonnecellen Polymeer zonnecellen zijn nu met succes geïntroduceerd. Het zijn ideale kandidaten voor autonome, lichtgewicht, platte en flexibele elektrische stroombronnen die in producten geïntegreerd kunnen worden, in bagage ingebouwd of als accessoire op rugzakken gemonteerd kan worden om bijv. oplaadbare batterijen op te laden, of om direct as stroombron gebruikt te worden. Thermokoppels Opvangen van lichaamswarmte en benutten ervan kan via thermokoppels. De werking is gebaseerd op het Seebeck effect: twee geleidende draden worden aan een kant aan elkaar verbonden. Bij het ontstaan van een temperatuursverschil tussen dit verbindingspunt en de andere uiteinden van de metaaldraden ontstaat een potentiaalverschil bij de niet aan elkaar verbonden uiteinden. Dit potentiaalverschil kan dan weer gebruikt worden om een batterij op te laden. technologie 21

24 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Elektromechanische systemen en piezo-elektrische materialen Door gebruik te maken van dit type materialen kan mechanische bewegingsenergie worden omgezet in elektrische energie. Deze energie kan worden opgewekt door verschillende delen van het lichaam, zoals de borst door uit- en inademing, armen, benen en voeten (wandelen). Piezoelektrische materialen geproduceerd in de vorm van flexibele films zijn meer geschikt voor directe inbouw in textiele materialen en constructies. Als op een plaats druk wordt uitgeoefend, ontstaat een klein spanningsverschil dat dan kan worden gebruikt. Materialen als PZT (loodzirconate titanate) vertonen piezo-electrisch gedrag, evenals een aantal industrieel geproduceerde polymeren (bijv. PVDF, Polyvinylideenfluoride). Microbrandstofcellen Veelbelovend door de hoge energiedichtheid, maar nu alleen nog in een experimenteel stadium. En ten slotte hebben we natuurlijk ook steeds de gebruikelijke ouderwetse batterijen, de galvanische cellen in allerlei maten en soorten. 5.2 Soorten Smart Materials De volgende soorten Smart Materials worden onderscheiden: Property-Changing Smart Materials: kunnen veranderen van eigenschappen als reactie op één of meer stimuli door externe invloeden; Energy-Exchanging Smart Materials: externe energie overdracht/effecten, reactie naar de omgeving toe; Matter-Exchanging Smart Materials: smart materials die van fase kunnen veranderen. Deze drie hoofdgroepen worden verder onderverdeeld in subgroepen. Deze onderverdeling wordt zichtbaar in de mindmap Smart Materials: Techniek, zie Bijlage 1 Van de verschillende soorten Smart Materials worden hier een aantal voorbeelden gegeven. 22 smart materials

25 RAAK - materialen in ontwerp 2 Shape Memory Alloy (SHAPE CHANGING SM) Deze materialen bestaan uit minstens twee verschillende metaalachtige elementen en hebben de eigenschap na warmtebehandeling, temperatuurafhankelijk, een vorm aan te nemen die ze eerder hebben gekregen. Door energietoevoer vindt verandering van kristallijne eigenschappen plaats of fase overgang. Electroactive (SHAPE CHANGING SM) Deze materialen kunnen van vorm veranderen onder invloed van een elektrisch veld (elektrische energie). fig. 5.1 Oricalco: thermische shape memory textile [5] fig. 5.2 Electroactive Smart Materials toegepast in braille e-book (concept) [6] Magnetostrictive (SHAPE CHANGING SM) Door een magnetisch veld (magnetische energie) verandert de viscositeit van het materiaal. fig. 5.4 Ferro Fluid fig. 5.3 Snoil: slangenspel met ferrofluid (magnetische vloeistof) [10], [11] Thermochroom (COLOUR- AND OPTICALLY CHANGING SM) Thermochromische materialen verkleuren onder invloed van temperatuurvariatie. fig. 5.5 Thermochromische coating op mok: foto wel/niet zichtbaar technologie 23

26 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Fotochroom (COLOUR- AND OPTICALLY CHANGING SM) Fotochromische materialen veranderen van kleur onder invloed van licht. Bijvoorbeeld fotochromische brillen. fig. 5.7 Fotochromische bril fig. 5.6 Fotochromische autozonwering. Mechanochroom (COLOUR- AND OPTICALLY CHANGING SM) Door druk-, trek- of wrijvingskrachten veranderen deze materialen van kleur. Bijvoorbeeld labels voor huishoudelijke producten. Chemochroom (COLOUR- AND OPTICALLY CHANGING SM) Chemochromische materialen veranderen hun kleur en/of optische eigenschappen onder invloed van een chemische omgeving (chemische energie), bijvoorbeeld hydrogen, oxygen, zuurtegraad (ph waarde), een oplossing of water. Electrochroom (COLOUR- AND OPTICALLY CHANGING SM) Electrochromische materialen veranderen van kleur en/of optische eigenschappen onder invloed van een elektrisch veld, elektronen of ionen (elektrische energie). fig. 5.8 Werking privacy glas, bron [9] 24 smart materials

27 RAAK - materialen in ontwerp 2 fig. 5.9 Diverse toepassingen van privacy glas [9] Photoelectric (ENERGY-EXCHANGING SM) Deze materialen produceren een elektrische stroom welke is opgewekt door licht. Voorbeelden hiervan zijn (flexibele) zonnecellen. Thermoelectric (ENERGY-EXCHANGING SM) Theromoelectrische materialen produceren een elektrische stroom door temperatuurverschil. Piezoelectric (ENERGY-EXCHANGING SM) Deze materialen produceren een elektrische stroom welke opgewekt wordt door druk en spanning (mechanische energie). Onder invloed van mechanische belasting gaat er een stroompje lopen, of omgekeerd verandert de vorm onder invloed van een elektrische stroom. fig Flexibele zonnecellen: Helianthos van Nuon [12] technologie 25

28 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Phase Change Materials (ENERGY-EXCHANGING SM) Deze materialen slaan energie op in de vormte van warmte en kou. Een voorbeeld is Thermusol van Capzo: micro-ingekapselde Phase Change Materials gebaseerd op zouthydraten. Superabsorberende polymeren (MATTER-EXCHANGING SM) Deze polymeren kunnen hun eigen gewicht aan vloeistof vast houden, zelfs onder druk. Behalve voor hun absorptie van vloeistoffen zijn superabsorberende polymeren ook bekend voor hun uitstekende verdikkingskenmerken, zwelcapaciteit en sturing van vochtigheid. fig Superabsorberende polymeren worden veelal toegepast in luiers 26 smart materials

29 RAAK - materialen in ontwerp Bronnen 1. Gosselink, L., Vries, J.C.A. de, Beurden, K.M.M. van (2008). Smart Materials, book of ideas. Enschede: Saxion Kenniscentrum Design & Technologie. Dit boekje is te downloaden via saxion.nl/designentechnologie/downloads 2. Kort, H., Cordia, A., Witte, L. de (2008). Langdurende zorg en technologie. Den Haag: Uitgeverij LEMMA 3. Buchaca, J. (2005). Smart Materials: A Technology and Market Assessment. Verkregen op 18 juni Hooper, A. Smart Materials. Verkregen op 22 juni smartextiles.co.uk/overview/smart-materials 5. Oricalco - thermal shape memory fabric A Braille e-book Reader Concept Impactx Photochromic lenses Impactx Polarized Photochromatic. asp 9. Super Smart Privacy Glass Snoil - Snake game with Ferrofluid. blog.makezine.com/archive/2008/02/homemade_snake_ game 11. Snoil - Snake game with Ferrofluid Helianthos G.J Brinks, Textiel: materiaal in functie, lectorale rede mei 2007 Saxion. 14. Not too hot, not to cold, just right Powerbrella: the solar-powered umbrella that recharges the batteries Ripe Sense Self-powered LED shower head changes color by temperature technologie 27

30 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie 18. Hoppenbrouwers, M. (2007). Slim textiel. Altijd alles bij de hand. Product, jan 2007, pp Poelman, W., Lelieveld, C. (2007). Wat is slim? Product, jan 2007, pp Ritter, A. (2007). Smart Materials in architecture, interior architecture and design. Berlijn: Birkhauser. 28 smart materials

31 RAAK - materialen in ontwerp 2 6. CASE Kwantitatieve analyse van het effect van Phase Change Materialen in kleding 6.1 Inleiding Phase Change Materials (PCM) zijn dynamische materialen die warmte kunnen opslaan en afgeven, afhankelijk van de temperatuur van de omgeving. In dit onderzoek is gekeken naar Thermusol. Dit is een materiaal bestaande uit zoutkristallen met daarin water moleculen opgenomen. De kristallen zijn omhuld met een dunne polymeercoating. De opslag en afgifte van warmte in Thermusol is gebaseerd op een fase overgang (vast vloeibaar) die plaatsvindt bij een bepaalde temperatuur. Als de juiste PCM s gekozen zijn, dat wil zeggen het smeltpunt ligt in het gebied van het gekozen temperatuur bereik, dan kunnen PCM s een groot effect hebben op het uitdempen van temperatuursverschillen. Case Wanneer PCM s worden gebruikt in kleding, betekent dit dat, in theorie het menselijk lichaam kan worden afgekoeld tijdens het werk of inspanning. Dit zal bijdragen aan een verbeterd comfort en een grotere arbeidscapaciteit. Thermusol is een PCM geproduceerd door Salca (een Capzo-bedrijf). Deze PCM s zijn gebaseerd op zouthydraten, door de inherente eigenschappen zoals brandvertragend hebben ze veelzijdige toepassingen ten opzichte van PCM s op paraffine basis. Thermusol PCM s zijn ingekapseld en zijn verkrijgbaar in een reeks specifieke temperaturen. Het onderzoeksproject werd uitgevoerd bij het lectoraat Smart Functional Materials, onder supervisie van Ger Brinks en Anton Luiken van Alcon Advies. kwantiatieve analyse v.h. effect van phase change materials 29

32 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie 6.2 Het project Het doel van het project was om methoden te ontwikkelen waarmee de effecten van kleding geladen met PCM kwantitatief zou kunnen worden vastgesteld. Specifieke kleding (Nike dry fit T-shirt en Nike run microvezel jack) met ongeveer 750 g Thermusol werden gemaakt, evenals een dummy. Thermusol met smelttemperaturen van 28 C, 35 C en 60 C werden gebruikt. De 60 C en de dummy werden gebruikt als referentie materiaal. De plaatsing van de Thermusol is te zien in figuur 6.1. De Thermusol werd geplaatst op een zodanige wijze dat het de plaatsen van het lichaam met de hoogste huid temperatuur bedekte. fig. 6.1 thermografie opname van het menselijk lichaam en de plaatsing van het Thermusol in de kleding Huid temperaturen werden gemeten met behulp van thermo koppels (in figuur 6.1 aangegeven met rode stippen) en met thermografie. De vrijwilligers werden gevraagd om een arbeid van 80 Watt te leveren gedurende 30 minuten op een ergotrainer (Tenturi E60). 30 smart materials

33 RAAK - materialen in ontwerp Resultaten Thermografische opnames toonde duidelijk de plaatsing van de PCMs in de kledingstukken zoals te zien in figuur 6.2. fig. 6.2 Thermografie opname De data van de thermokoppels zijn geplot in figuur 6.3 fig. 6.3 Verschillen in huid temperatuur tussen de verschillende Thermusol kledingstukken. Hier: temperatuur sensoren naast het Thermusol fig. 6.4 Verschillen in huid temperatuur tussen de verschillende kledingstukken met Thermusol bij verschillende kledingstukken (temperatuur sensoren onder het Thermusol) De blauwe lijn is een controle lijn voor de dummy kwantiatieve analyse van v.h. phase effect change van phase materialen change in materials kleding 31

34 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie fig. 6.5 Prototype met Thermusol Uit deze en honderden andere resultaten verkregen tijdens het onderzoek blijkt dat er een warmtestroom plaatsvindt van de PCM-materiaal naar de huid. Dit resulteert in een daling van de temperatuur van de huid van 0,2 tot 0,8 C, afhankelijk van het type Thermusol. Huid temperatuur metingen onder de Thermusol geven nog grotere verschillen in temperatuur van 0,8 tot 1,2 C in relatie tot de Thermusol 60. Hierbij moet bedacht worden dat de Thermusol 60 ook een bepaalde warmte-inhoud heeft en ook zal bijdragen aan het koelen van de huid, maar in mindere mate. 6.4 Discussie De experimenten werden uitgevoerd in een niet-geklimatiseerde kamer. De omgevingstemperatuur gedurende de experimenten werd constant gehouden met 1 C nauwkeurigheid en zal de uitkomst van de resultaten niet beïnvloeden. Het aantal vrijwilligers, tien en in de leeftijd van jaar, mannelijk en vrouwelijk, is te klein voor een volledig kwantitatieve evaluatie van de resultaten. Ook de verschillen in resultaten tussen de vrijwilligers waren vrij groot. Voor evaluatie doeleinden hebben we alle metingen gecombineerd. De metingen van de Thermusol in een nauwsluitend T-shirt zijn veel consistenter dan de metingen met Thermusol in de microfiber jas, hoewel de trends in de resultaten hetzelfde zijn. fig. 6.6 Terwijl de proefpersonen fietsten op een ergotrainer werd hun huid temperatuur gemeten. De Thermusol was in de kleding aangebracht door middel van een non woven stof. Deze non woven stof zelf draagt ook bij aan het beïnvloeden van het ademende vermogen van de kleding en belemmert daarbij de verdamping van zweet. Dit is de belangrijkste reden waarom de oorspronkelijke kleding ook een licht koelend effect vertoont. Er moet worden opgemerkt dat in de experimenten geen extreme situaties werden nagebootst (80 Watt gedurende 30 minuten is een matige inspanning). In meer extreme situaties kan het effect meer uitgesproken zijn. Zoals de thermografie opnames laten zien, ook na de experimenten, waren de Thermosol elementen nog een paar graden kouder in vergelijking met de temperatuur van de huid. Hoewel de temperatuur van de huid geen exacte indicator is voor de kerntemperatuur van de vrijwilliger, is er een bepaalde relatie. Een hoge temperatuur van de huid zal de autonome systemen van het menselijk lichaam dwingen de huid te koelen, waardoor er minder energie voor de spieren 32 smart materials

35 RAAK - materialen in ontwerp 2 overblijft om energie te leveren. Een lagere temperatuur van de huid zal bijdragen tot een verhoging van het uithoudingsvermogen (hoewel dit niet is getest) en een verhoogd comfort-niveau. Vragenlijsten ingevuld door de vrijwilligers, geven aan dat zij de voorkeur geven aan de Thermusol 28 en 35, boven de Thermusol Conclusies Uit de experimenten kan worden geconcludeerd dat Thermusol in kleding de huid temperatuur verlaagt. Deze daling van de temperatuur van de huid is het meest uitgesproken wanneer Thermusol 28 is opgenomen in de kleding. Dankzegging Met dank aan Evelien Westerhof, Eliza Bottenberg en Johan Schenke voor het uitvoeren van het project; Gerrit Bouwhuis, Ivanka Ruiterkamp en Suzanne van der Groep voor de dagelijkse ondersteuning en Herman Reezigt en Anton Luiken voor hun deskundige advies. kwantiatieve analyse van v.h. phase effect change van phase materialen change in materials kleding 33

36 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie 6.6 Onderzoek naar het effect van Phase Change Materials in kleding Ieder jaar wordt er bij de Bijenkorf in Enschede een tentoonstelling Twents Design gehouden met afstudeerwerk van de opleiding Industrieel Product Ontwerpen (Saxion) en Industrieel Ontwerpen (Universiteit Twente). Het project Onderzoek naar het effect van Phase Change Materials in kleding, uitgevoerd door afstudeerder Evelien Westerhof en stagiaires Eliza Bottenberg en Johan Schenke, maakte in 2010 deel uit van de tentoonstelling. Onderzoek naar het effect van Phase Change Materials in kleding Phase Change Materials (PCM) zijn dynamische materialen die warmte kunnen opslaan en afgeven, afhankelijk van de omgevingstemperatuur. De opslag en afgifte van warmte is gebaseerd op een fase overgang (vast vloeibaar) die plaatsvindt bij een bepaalde temperatuur. Als de juiste PCM s gekozen worden dan kunnen PCM s een groot effect hebben op het uitdempen van temperatuursverschillen. Prototypes Thermusol werd in de prototypes geplaatst op plaatsen van het lichaam met de hoogste huidtemperatuur. Wanneer PCM s worden gebruikt in kleding, betekent dit dat, in theorie het menselijk lichaam kan worden afgekoeld tijdens werk of inspanning. Dit zal bijdragen aan een verbeterd comfort en grotere arbeidscapaciteit. Thermusol is een PCM geproduceerd door Salca (een Capzo-bedrijf). Deze PCM s zijn gebaseerd op zout-hydraten. Door de inherente eigenschappen zoals brandvertragend hebben ze veelzijdige toepassingen ten opzichte van PCM s op paraf ne basis. Doel Het doel van het project was om methoden te ontwikkelen waarmee de effecten van kleding geladen met PCM kwantitatief zou kunnen worden vastgesteld. Resultaten en conclusie Thermogra sche opnames toonden duidelijk de plaatsing van de PCM s in de kledingstukken en metingen met de temperatuur sensoren toonden een daling van de huidtemperatuur. De grootte van de daling was afhankelijk van het type Thermusol. Uit de experimenten kan worden geconcludeerd dat Thermusol in kleding de huid temperatuur verlaagt. Het project is uitgevoerd door Saxion Kenniscentrum Design en Technologie in samenwerking met betrokken bedrijven en maakt deel uit van het innovatieprogramma RAAK-SIA Materialen in Ontwerp. Metingen Terwijl proefpersonen een half uur etsten op een ergotrainer werd hun huidtemperatuur gemeten met behulp van temperatuur sensoren en thermogra sche opnames. Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Studenten: Evelien Westerhof, Eliza Bottenberg en Johan Schenke Poster ontwerp: Karin Overbeek posterontwerp: Karin Overbeek 34 smart materials

37 RAAK - materialen in ontwerp 2 7. Smart Materials in verpakkingen 7.1 Brainstorm voor Euroflex 18 mei 2010 Deelnemers Euroflex: Paul Paardekooper, Roel Seele, Bert Molenboer, Bart Goudriaan D Andrea & Evers Design: Tom Evers, Mike Westdijk Dingelstad Design: Saskia Dingelstad Saxion: Karin van Beurden, Ger Brinks, Marike Lammers, Jan de Vries, Maarten Swart, Karin Overbeek Opzet brainstorm Hoofdstuk 7 Euroflex is specialist in bijzonder drukwerk. Zo bedrukken zij kaasetiketten en banderollen, vervaardigen zij wikkels voor margarine, vet en boter en bieden zij oplossingen voor verpakkingen voor chocolade, snoep en brood. Na een presentatie over Intelligent Packaging door Mike Westdijk werden o.l.v. Tom Evers drie brainstormsessies gehouden. Iedere sessie werd afgesloten met het maken van een selectie. Iedere deelnemer gaf aan wat hij/zij per sessie de best haalbare ideeën voor Euroflex vond. Tot slot werd er een keuze ronde gehouden, waarin iedere deelnemer uit alle sessies samen de beste drie ideeën koos. Sessie 1: Kaasverpakking Op te lossen items voor een kaasverpakking: dun etiket wordt onlosmakelijk één geheel met kaaskorst; optimale merkherkenning; verschillende hardheden verschillende papiersoorten; voorraadbeheersing; just-in-time afroepsysteem; echtheidsgarantie van de kaas. Ideeën voor kaasverpakking echtheidslabel aanbrengen, traceren met uv-licht; echtheidszegel er zelf opplakken en echtheid smart tonen ; rijpheid zichtbaar d.m.v. inktverandering: belegen oud; vel om inkt direct op kaas te drukken, en weer af te nemen; inkt lijm aanbrengen d.m.v. verwarming of uv-licht; twee lagen aanbrengen voor echtheidscontrole; phase change materials (bijv. capzo) toepassen voor temperatuurconstantheid; geurvreter; i.p.v. papier, non-wovens van textiel. smart materials in verpakkingen 35

38 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Sessie 2: Boterverpakking Op te lossen items voor een boterverpakking: diverse formaten; afstemmen productieprocessen; verpakkingsmethoden; opslagcondities; de keuze van de materiaalsoort; vouweigenschappen; nat- en droogtesterkte; lucht- en vochtdoorlaatbaarheid; veteigenschappen. Ideeën voor boterverpakking aan de binnenkant van de verpakking maatstreepjes; elastische verpakking, mogelijkheid tot het kneden van boter naar eigen model of vorm; zelf terugvouwbare verpakking d.m.v. shape changing smart materials; maatstreepjes in de boter drukken d.m.v. reliëf in de verpakking; gaatjes in folie die maar naar één kant open kunnen: one way membraan. voor ontgassing en ontwatering. Sessie 3: Overige verpakkingen Overige verpakkingen waar Euroflex mee werkt zijn o.a. voor chocolade, snoep en brood. Op te lossen items voor overige verpakkingen: diverse formaten; afstemmen productieprocessen; snelheid; verpakkingsmethoden; opslagcondities; de keuze van de materiaalsoort; vouweigenschappen; nat- en droogtesterkte; lucht- en vochtdoorlaatbaarheid; versheid. Ideeën voor overige verpakkingen verpakking waarin brood afgebakken kan worden t.b.v. hygiëne; eetbaar papier: verpakking van het snoepje is ook lekker; interactieve verpakking met vorm en licht; chocolade verpakking die warmte tegen houdt; eén materiaal verpakking: biomateriaal i.v.m. milieu aspect; 36 smart materials

39 RAAK - materialen in ontwerp 2 fig. 7.1 ideeën voor overige verpakkingen: data etiket kleurverandering van verpakking bij beetpakken; speciale diepvriesverpakking: niet scheurend en niet uitdrogend; versheid indicator voor brood; folie die aan binnenzijde extra smaak- en geurstoffen afgeeft om etenswaar extra op smaak te brengen ( release bij opereren); ingebouwde sluiting van zakken. Keuze In de keuze ronde koos iedere deelnemer uit alle sessies samen de beste drie ideeën uit. De ideeën met de beste score waren: echtheidsindicatie van een kaas d.m.v. een label met uvgevoeligheid; broodverpakking voor in de oven; maatstreep aan de binnenzijde van een boterverpakking. fig. 7.2 brainstorm ideeën fig. 7.3 echtheidsindicatie van een kaas d.m.v. een label met uvgevoeligheid smart materials in verpakkingen 37

40 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie fig. 7.4 broodverpakking voor in de oven; fig. 7.5 maatstreep aan de binnen zijde van een boterverpakking fig. 7.6 brainstorm sessie bij Saxion 38 smart materials

41 RAAK - materialen in ontwerp 2 8. Smart Materials in windmolenbladen 8.1 Brainstorm voor Suzlon 22 juni 2010 Deelnemers Suzlon: Herbert Bult, Klaas de Haas, Gerd Spenkelink Alcon Advies: Anton Luiken D Andrea & Evers: Tom Evers Dingelstad Design: Saskia Dingelstad Filo Engineering: Henk Gooijer Saxion: Karin van Beurden, Ger Brinks, Marike Lammers, Marcel Kooijman Saxion studenten: Jelte van Maanen, Frank Loohuis Hoofdstuk 8 Probleemstelling Suzlon Blade Technology is gespecialiseerd in het ontwerp en de ontwikkeling van o.a. rotorbladen voor windturbines. Er worden problemen ervaren in verschillende richtingen: bij het productieproces, tijdens de montage, in het ontwerp en bij het onderhoud. De hoofdvraag luidde: Hoe kan het ontwerp en productieproces van een windmolenblad zodanig verbeterd worden dat de montage geen extra schade oplevert en het onderhoud geminimaliseerd wordt? Opzet brainstorm Er werden drie brainstormsessies georganiseerd met als doel het oplossen van de problemen door toepassing van een van de volgende technieken: sensoren en actuatoren; elektronica; smart materials. Sessie 1: Actuatoren Hoe kunnen actuatoren vermoeiing actief tegen gaan? spanning weerstaan iets uitzetten of klemmen; delaminatie weerstaan lijm inspuiten. Kleurpigmenten in coating die onder invloed van omstandigheden van kleur veranderen. Regeling van de oppervlaktestructuur ten aanzien van luchtweerstand en geluidsproductie. fig. 8.1 brain stormen smart materials in windmolenbladen 39

42 Saxion Kenniscentrum Design en Technologie Hoe kunnen actuatoren schade door temperatuur voorkomen? Door thermo callibratie een egale temperatuur opleggen: meten in de mal; 2d-temperatuur sensor; kleurpigment; op kritische punten meten; vlekken op de mal zichtbaar maken. Hoe kunnen actuatoren een rek in het blad detecteren? Door op verschillende plaatsen de rek te meten in het blad en deze uit te zenden, kan van afstand de pitch worden aangepast ten behoeve van het voorkomen van schade. Conceptschets fig. 8.2 sensoren & actuatoren Sessie 2: Sensoren en elektronica Hoe kunnen sensoren ervoor zorgen dat de matten strak liggen? sensor voor kreuk; lichtsensor waardoor veranderen gemeten kunnen worden; reflecterende deeltjes toevoegen waardoor veranderingen in de positie van de matten zichtbaar worden. Hoe kan elektronica ervoor zorgen dat er tijdens productie gemeten kan worden? TPE extrusie; kan fouten voorkomen, voldoet aan de productspecificaties en heeft een goede produceerbaarheid. 40 smart materials