Leichtbaumaterialien maximale Steifigkeit verleihen

Forschende der ETH Zürich und des MIT haben eine Konstruktionsweise entwickelt, die Leichtbaumaterialien maximale Steifigkeit verleiht.

Gitterstrukturen werden häufig als optimale Leichtbaustrukturen wahrgenommen. Anhand von Computerberechnungen und experimentellen Messungen konnten die Forscher zeigen, dass Plattenstrukturen bei gleichem Gewicht und Volumen bis zu dreimal steifer sind als Gitterstrukturen.

Beispiele für additiv aus einem Polymer hergestellte Plattenstruktur (links) und Gitterstruktur (rechts). Der Würfel links ist aus 2 µm dünnen Platten aufgebaut. Aussenmaße der beiden Würfel: 0,2 mm Kantenlänge. (Quelle: Tancogne-Dejean T et al. Advanced Materials 2018 / ETH / Spotfolio)

Neben der Steifigkeit (Widerstand gegen elastische Verformung) kommt auch die Festigkeit (Widerstand gegen irreversible Verformung) dieser Strukturen den theoretischen Maximalwerten sehr nahe.

Die Vorteile dieser Konstruktionsweise gelten universal – bei allen Materialien und auf allen Größenskalen, ist sich Dirk Mohr, Professor für numerische Materialmodellierung in der Fertigung und der Leiter des Projekts, sicher.

Möglichen Anwendungen seien kaum Grenzen gesetzt, so die Forscher. Implantate, Laptopgehäuse und ultraleichte Fahrzeugstrukturen seien nur einige von vielen möglichen Beispielen. Die Plattenstruktur kann dabei auch dazu dienen, Rohstoffe zu sparen: die vielen Hohlräume machen eine Struktur nicht nur leichter, sie verbrauchen auch weniger Material.

Bild oben: Künftige additiv hergestellte Leichbaumaterialien werden eine Plattenstruktur aufweisen, die hier visualisiert ist. (Quelle: ETH Zürich / Marc Day)


Quellen und weitere Informationen: ETH-Zürich, Spotfolio, K-Zeitung

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