Forscher maximieren Steifigkeit von Leichtbaumaterialien

Dank des 3D-Drucks ist es möglich, Materialien mit komplexen inneren Strukturen herzustellen. So können etwa auch Materialen mit einem grossen Anteil an Hohlräumen entwickelt werden, die gleichzeitig stabil sind. Dazu müssen die inneren Strukturen aber „auf intelligente Art möglichst effizient aufgebaut sein“, erklärt die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH) in einer Mitteilung.

Eine solche Struktur haben Forscher der ETH nun gemeinsam mit Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt. Die Steifigkeit im Materialinnern wird dabei nicht wie üblich mit Gitterstäben, sondern mit sich regelmässig wiederholenden Plattenstrukturen erreicht. „Das Gitterprinzip ist sehr alt, es wird schon lange bei Fachwerkhäusern, bei Stahlbrücken und Stahltürmen wie dem Eiffelturm angewandt. Man kann durch Gitterstrukturen hindurchsehen. Diese werden daher häufig als optimale Leichtbaustrukturen wahrgenommen“, erklärt ETH-Professor Dirk Mohr. Mit seinem Team konnte er nun aber zeigen, dass Plattenstrukturen bei gleichem Gewicht und Volumen bis zu dreimal steifer sind als Gitterstrukturen. Laut der ETH kommt die Entwicklung der Forscher bei der Steifigkeit und der Festigkeit  „den theoretischen Maximalwerten sehr nahe“.

Die Vorteile der neuen Konstruktionsweise gelten laut Mohr universell – also bei allen Materialen und auf allen Grössenskalen. Derzeit sei der 3D-Druck noch verhältnismässig zu teuer, um eine breite Anwendung der Methode rentabel zu machen. Sobald der 3D-Druck aber für die Massenproduktion bereit sei, werde die Konstruktionsweise zum Durchbruch kommen, meint Mohr.

Derzeit wird der Leichtbau aus Kostengründen praktisch nur im Flugzeugbau und in der Raumfahrt genutzt. Künftig könnte er dagegen überall eingesetzt werden, wo Gewicht eine Rolle spielt, erklärt Mohr. Als mögliche Beispiele werden in der ETH-Mitteilung medizinische Implantate, Laptopgehäuse und ultraleichte Fahrzeugstrukturen genannt. ssp