Stabilste Leichtbaumaterialien dank Mikroarchitektur
Forscher des Karlsruher Institut für Technologie haben die nach eigenen Angaben stabilsten Leichtbaumaterialien vorgestellt – hergestellt mit 3D-Laserlithographie. Inspiriertsind die Leichtbaumaterialien von der Fachwerkstruktur von Knochen und der Schalenbauweise von Bienenwaben.
»Die neuen Leichtbaumaterialien ähneln dem Gerüst eines Fachwerkhauses mit waagerechten, senkrechten und diagonalen Streben«, sagt Jens Bauer vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). »Nur dass unsere Balken kaum größerals 10 µm sind.« Insgesamt waren die Leichtbauteile etwa 50 µm lang, breit und hoch. »Auch die Natur setzt zum Tragen von Gewichten auf offenporige, nicht-massive Strukturen«, erklärt Oliver Kraft vom KIT. Bekannte Beispiele sind Holz und Knochen. Das neue Material aus dem Labor hält aber bei gleicher Dichte mehr Druckbelastung aus. Besonders stabil war eine Schalenstruktur, die sich am Aufbau von Bienenwaben orientiert. Sie gab erst bei einem Druckentsprechend 28 kg/mm2 nach und hatte eine Dichte von 810 kg/m3. Das übersteigt das Verhältnis von Belastbarkeit zu Dichte von Knochen, massivem Stahl oder Aluminium. Die hier verwendete Schalenstruktur ähnelt einer Bienenwabe, deren Wände leicht gekrümmt sind, um die Gefahr des Einknickens zu bannen.
Um die Leichtbau-Strukturen herzustellen, wurde die 3D-Laserlithographie genutzt. Laserstrahlen härten die gewünschte µm-große Struktur in einem Photolack aus. Anschließen wird diese durch Gasabscheidung mit einer Keramik beschichtet. Die so gewonnenen Strukturen setztendie Forscher mit einem Stempel unter Druck und testeten so ihre Stabilität. Mikrostrukturierte Materialien dienen oft zur Dämmung oder alsStoßdämpfer. Offenporige Stoffe können als Filter in der chemischen Industriegenutzt werden.
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