Ein Team von Ingenieur:innen der James Cook University (JCU) in Australien hat ein neuartiges keramisches Material mittels 3D-Druck hergestellt, das sich durch hohe Biegsamkeit und außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit auszeichnet. Wie die James Cook University berichtet, soll in Zusammenarbeit mit dem Rüstungs- und Raumfahrtkonzern Lockheed Martin das Material in den kommenden zwölf Monaten auf seine Eignung für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt getestet werden.
3D-gedruckte Keramik mit hoher Flexibilität
Leiterin des Projekts ist Dr. Elsa Antunes. Ihr Team konnte ein keramisches Material entwickeln, das über 10.000 Biegezyklen ohne Ermüdungserscheinungen übersteht. Herkömmliche Keramiken zeigen bereits nach wenigen Zyklen Risse oder Brüche. Mit einer Biegefestigkeit von rund 1,7 Gigapascal kann das Material wiederholten Belastungen standhalten, ohne seine strukturelle Integrität zu verlieren. Laut Dr. Antunes hält die neue Keramik selbst bei 80 % der maximalen Belastung stand – ein Vielfaches dessen, was marktübliche Keramiken vertragen.
Anwendung im Hyperschallbereich und Vorteile des 3D-Drucks
Die besonderen Eigenschaften des Materials sind vor allem für die Konstruktion von Luft- und Raumfahrzeugen von Bedeutung, die mit Hyperschallgeschwindigkeit (über Mach 5) operieren sollen. In solchen Bereichen sind Materialien erforderlich, die sowohl extremen Temperaturen als auch wiederholten mechanischen Belastungen standhalten können.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Entwicklung liegt in der Anwendung des 3D-Drucks. Die additive Fertigung erlaubt es, komplexe Geometrien und variierende Materialstärken in einem Bauteil zu realisieren. „Mit additiver Fertigung kann man poröse und filigrane Strukturen drucken, die das Wärmemanagement je nach Anwendung verbessern“, erläutert Dr. Antunes.
Im Rahmen der Kooperation mit Lockheed Martin sollen 3D-gedruckte keramische Bauteile unter realistischen Bedingungen getestet werden – darunter hohe Temperaturen und starke mechanische Beanspruchungen. Diese Tests dienen dem Nachweis der Belastbarkeit und Eignung für thermische Schutzsysteme in Flugzeugen.
Die Forschung wird zusätzlich durch das „Collaborative Research Grants“-Programm der Queensland Defence Science Alliance finanziell unterstützt. Damit soll nicht nur die Weiterentwicklung des Materials, sondern auch die strategische Rolle Nord-Queenslands in der Hightech-Forschung gestärkt werden. Dr. Antunes betont: „Unsere Studierenden sind sehr motiviert, an solchen Projekten mitzuwirken. Fortschrittliche Fertigung ist eine nationale Priorität.“
