Prototyping mit 3D-Druck: Deutsche Forscher vom KIT entwickeln auch mit Hilfe von 3D-Druck neuartigen Würfel, der sich bei Belastung selbst dreht

 6. Dezember 2017  Andreas Krämer  

Deutsche Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben auch mit Hilfe von 3D-Druck einen speziellen Würfel entwickelt, der lineare Bewegungen bei Aufbringen von Druck, eigenständig in eine Drehbewegung umwandeln kann. Anwendungsbereiche sind neue Arte von Stoßdämpfern und Prothesen.

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Logo Karlsruher Institut für TechnologieAm Karlsruher Institut für Technologie (KIT) (Baden-Württemberg) haben Forscher einen speziellen Würfel entwickelt, der lineare Bewegungen im Zuge von Druckkräften in eine Drehbewegung umwandeln kann. Realisiert wurde der Würfel zuerst am Computer und später mit einem 3D-Drucker, zur Bestätigung der Simulationsergebnisse.

Die luftige Würfelstruktur besteht aus Ringen und Streben. An jeder Seitenwand des Würfels liegt ein Ring. Der Ring befindet sich an vier Streben, die mit je einer Ecke verbunden sind. Bei Komprimierung des Würfels, durch Belastung in horizontaler Richtung, bewegen sich die Streben der horizontalen Würfelseiten nach unten. Die Ringe erfahren hierbei eine leichte Drehung. Die Drehbewegung überträgt Kräfte an die Ecken der waagerechten Seitenflächen. In der Folge verdreht sich der Würfel um seine Achse.

Selbstdrehender Würfel bei Belastung
Bei Belastung rotieren diese Türme, bestehend aus bis zu 500 chiralen Würfelstrukturen, um die eigene Achse (Bild © Tobias Frenzel/KIT).

Zur Überprüfung des Ergebnisses der Simulationsrechnung wurden aus Kunststoff und mit Hilfe der 3D-Drucker Türme unterschiedlicher Größe aus hunderten kleinen Würfeln mit Kantenlängen von 100 bis 500 Mikrometern gefertigt. Entsprechend der Würfelanordnung wurde bei senkrechter Krafteinwirkung eine Links-, oder Rechtsdrehung von den Forschern beobachtet.

Der stärkste Effekt wurde hier bei Türmen mit 500 kleineren Würfeln festgestellt. Bei einer Kompression von einem Prozent des Volumens erfolgte eine Drehung um zwei Prozent. Wenn der Druck ausblieb, verwandelte der Turm sich in seine ursprüngliche Form zurück. Wie die Wissenschaflter um Tobias Frenzel feststellten, erhöhte sich die Steifigkeit der Türme mit der Anzahl der Würfel. Als mögliche Anwendungen für das Material wurden spezielle Stoßdämpfer oder neuartige Prothesen genannt. Die Report zur den Forschungen wurden unter dem Titel „Three-dimensional mechanical metamaterials with a twist“ veröffentlicht.

Ein Verfahren für die Verarbeitung von Glas im 3D-Druckverfahren stellte das KIT im April 2017 vor. Im Dezember 2014 berichteten wir über einen 3D-gedruckten Aluminium-Würfel der US-Universität Purdue, der das 105.000-fache seines Eigengewichts tragen kann. 350 weitere News, Beiträge und Hintergründe erfahren Sie täglich aus unsere Seite „3D-Druck in der Forschung“ und im kostenlosen 3D-Druck-Newsletter von 3D-grenzenlos Magazin.

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