Forscher der ETH Zürich und des MIT konnten mit Hilfe von 3D-Druckern die maximale Steifigkeit von Körpern aus Leichtbaumaterialien erreichen. Gedruckt wurde eine neuartige Konstruktionsweise, welche zu dem Ergebnis führt und für viele Anwendungsbereiche und Industrien von Interesse sein könnte.

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Ein Forscherteam der ETH Zürich und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelten gemeinsam unter der Leitung von Dirk Mohr, Professor für Computational Modeling of Materials in Manufacturing, Materialarchitekturen die sie mit einem 3D-Drucker herstellten.  Laut einer Pressemitteilung der ETH Zürich sind sie in allen drei Dimensionen gleichsam stark und extrem steif.

Mathematisch kann ermittelt werden, wie steife Materialien, die innere Hohlräume haben, theoretisch aussehen könnten. Die Strukturen von Dirk Mohr kamen dieser theoretischen Maximal-Steifigkeit am nächsten. Im Prinzip ist es unmöglich andere Materialstrukturen zu entwickeln, die bezogen auf das Gewicht steifer sind.

Die Steifigkeit im Inneren wird mit Plattengittern statt Traversen erreicht. Wie ETH-Forscher Mohr in der eingangs erwähnten Mitteilung der ETH Zuürich erklärte, sei das Gitterprinzip sehr alt und wurde bereits bei Fachwerkhäusern, Stahlbrücken und Stahltürmen wie dem Eiffelturm eingesetzt. Gitterstrukturen werden oft als optimale Leichtbaustrukturen bezeichnet, da man auch durch sie hindurchsieht. Computerberechnungen zeigten allerdings, dass Plattenstrukturen bei gleichem Gewicht und Volumen eine bis zu dreifach höhere Steifigkeit besitzen als Gitterstrukturen.

Materialstrukturen ETH Zürich
Forscher der ETH Zürich und des MIT entwarfen Materialarchitekturen und fertigte sie mit einem 3D-Drucker(Bild © Tancogne-Dejean T et al. Advanced Materials 2018).

Die Entwicklung der Gitter erfolgte am Computer. Die optimalen Eigenschaften wurden dabei berechnet. Im Anschluss wurden sie im Mikrometerbereich mit einem 3D-Drucker hergestellt. Die Vorteile des Designs seien Mohr zufolge universell einsetzbar, inklusive aller Materialbestandteile und Längenmaße. Die Anwendungsbereiche sind laut Mohr außerdem quasi unbegrenzt, wie superleichte Fahrzeugbauteile, medizinische Implantate oder Gehäuse für technische Geräte.

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