DE OPDRACHT
Voor het vak Design Engineering 2: Circulair Ontwerpen kregen we de opdracht om de dakkoffers van VDL Hapro te verduurzamen. Ter introductie brachten we een bezoek aan de fabriek van VDL Hapro, wat direct leidde tot de eerste ontwerpideeën. Kansen lagen er onder andere op het gebied van transportoptimalisatie (een compacter, modulair volume tijdens transport) en het verbeteren van de aerodynamica om brandstof te besparen. Uiteindelijk koos ik ervoor om te focussen op de materiaalinnovatie: het vervangen van de traditionele kunststoffen door een biologisch alternatief.
De Zoektocht naar het Juiste Materiaal
De overstap naar bioplastic brengt complexe ontwerpvragen met zich mee. Voldoet het materiaal aan de strenge veiligheidseisen? Is het bestand tegen extreme temperatuurschommelingen en UV-straling? Blijft het gewicht beperkt en zijn de materiaalkosten commercieel haalbaar?
Met behulp van internetonderzoek, wetenschappelijke artikelen en materiaaldatabases in Ansys Granta EduPack ben ik op zoek gegaan naar de juiste match. De keuze is uiteindelijk gevallen op een PLA-compound met houtvulling.
Resultaten & Validatie (Simulaties)
Om de haalbaarheid van het nieuwe materiaal te valideren, heb ik sterkteberekeningen uitgevoerd en het ontwerp onderworpen aan een SolidWorks FEA-simulatie (Finite Element Analysis). De resultaten gaven een interessant en genuanceerd beeld:
Mechanische eigenschappen: Het nieuwe materiaal is brosser dan het origineel, maar vertoont een hogere mechanische sterkte, waardoor de dakkoffer onder invloed van krachten minder snel constructief zal bezwijken.
Milieu-impact: Uit de EduPack-berekeningen bleek dat de productie van het bioplastic in eerste instantie zorgt voor een hogere CO2-uitstoot. Echter, 60% van deze totale uitstoot betreft biogene CO2 (vanwege de biologische herkomst, zoals maïs). Hierdoor wordt er netto géén nieuwe, fossiele CO2 aan de atmosfeer toegevoegd, wat over de gehele levenscyclus een aanzienlijke duurzaamheidswinst oplevert.
(Hieronder zijn de SolidWorks-simulaties en de EduPack-grafieken te zien, waarin de nieuwe dakkoffer in het groen is weergegeven en het origineel in het geel).
LEEROPBRENGSTEN
Door het afronden van dit vak heb ik erg veel geleerd over biologische materialen, hoe je deze keuzes moet onderbouwen en op welke manieren dat allemaal kan. Zo heb ik gebruik gemaakt van wetenschappelijke artikelen via google scholar en toegang via de HAN, maar heb ik ook met programma's als Granta EduPack en solidworks simulaties kunnen werken.
Ik hoop deze vergaarde kennis in de nabije toekomst in te kunnen zetten voor het verduurzamen van allerlei producten die op dit moment nog plastic uit petroleum halen, of producten ontwerpen die vanaf het begin af aan al biologisch en duurzaam zijn.
