Forscher der RMIT University haben eine neue Entwicklung im Bereich des 3D-Drucks vorgestellt: ein ‚Metamaterial‘, das eine außergewöhnliche Stärke im Verhältnis zu seinem Gewicht aufweist, wie es bisher in der Fertigung den Aussagen der Wissenschaftler zu Folge unerreichbar war. Dieses Material könnte die Herstellung von allem, von medizinischen Implantaten bis hin zu Flugzeug- oder Raketenbauteilen, deutlich verbessern.
Das Team um den Distinguished Professor Ma Qian hat aus einer gängigen Titanlegierung ein künstliches Material geschaffen, das Eigenschaften aufweist, die in der Natur nicht beobachtet werden. Der Schlüssel zu seiner bemerkenswerten Stärke liegt in seinem einzigartigen Gitterstrukturdesign, das es 50 Prozent stärker macht als die nächststärkste Legierung ähnlicher Dichte, die in der Luft- und Raumfahrt verwendet wird.
Die Inspiration für die Gitterstrukturen stammt aus der Natur, insbesondere aus Pflanzen mit starken, hohlen Stängeln wie der Victoria-Wasserlilie, die eine Kombination aus Leichtigkeit und Stärke demonstrieren. Jahrzehntelange Versuche, diese hohlen ‚zellulären Strukturen‘ in Metallen nachzubilden, scheiterten jedoch oft an Fertigungsproblemen und an der Belastung, die sich auf die Innenbereiche der hohlen Streben konzentrierte, was zu vorzeitigen Ausfällen führte.
Das RMIT-Team hat eine neue Art von Gitterstruktur entwickelt, die den Stress gleichmäßiger verteilt und damit die Stärke oder strukturelle Effizienz erhöht. „Wir haben eine hohle röhrenförmige Gitterstruktur entworfen, die innen einen dünnen Streifen aufweist. Diese beiden Elemente zusammen zeigen eine Stärke und Leichtigkeit, die in der Natur bisher so nicht zusammen gesehen wurden“, erklärt Professor Qian.
Durch die effektive Kombination zweier komplementärer Gitterstrukturen zur gleichmäßigen Verteilung von Stress werden die Schwachstellen vermieden, an denen Stress normalerweise konzentriert ist. Dieser Durchbruch in der Materialwissenschaft könnte weitreichende Auswirkungen auf zahlreiche Industriezweige haben, von der Medizintechnik bis zur Luft– und Raumfahrt.
