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Elektromobilität, Materialien, Bionik, Medizintechnik, Erneuerbare Energien, Universität, Wissenschaft

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fraunhofer euromoldEuromold Halle 11, Stand C66

Im Laufe der Jahrtausende entwickelten Knochen, Dornen oder Krallen komplexe Formen und Strukturen, um ihre Funktionen optimal erfüllen zu können. So sind sind leicht und dennoch extrem belastbar. Möglich machen das eine komplexe innere Struktur und raffinierte Materialien. Fraunhofer-Forscher zeigen an einem Designerstuhl, wie sich Vorbilder aus der Natur auf neue Werkstoffe und Fertigungsverfahren übertragen lassen.

Knochenmaterial befindet sich beispielsweise nur dort, wo es wirklich nötig ist und bietet ein perfektes Verhältnis von Gewichtseinsparung und Festigkeit. Solche Strukturen aus der Natur möchten Forscher mit modernsten Fertigungsverfahren wie das selektive Lasersintern herstellen. Dabei wächst das Werkstück Schicht um Schicht aus einem feinen Polyamidpulver, das von einem dünnen Laserstrahl in Form geschmolzen wird. So entstehen komplexe innere Strukturen, die ähnlich robust sind wie in der Natur.

»Wir wollen von der Natur lernen, wie man optimal konstruiert«, erklärt Dr. Raimund Jaeger, Leiter der Abteilung Biomedizinische Materialien und Implantate am IWM. »Unser Part in diesem Projekt war es, mithilfe komplexer Rechenverfahren Strukturen nach dem Vorbild der Natur zu erzeugen, mit denen sich Produkte leicht und dennoch stabil gestalten lassen.« Dazu haben die Materialexperten den Freischwinger am PC entlang seiner Konturen zunächst aus nahezu identischen, quaderförmigen Zellen aufgebaut. Mit numerischer Simulation testeten sie dann die mechanischen Eigenschaften. Anschließend passten sie die Zellwände an die auf sie wirkende Last an: Je nach Belastung gestalteten sie die Wände dicker oder dünner. »Uns ist es gelungen, die Festigkeit des Stuhls nahezu zu verdreifachen, ohne mehr Material zu verwenden.« Prof. Anke Bernotat von der Folkwang Universität hat den »Cellular Loop« entworfen. An ihm konnten die Experten zeigen, dass ihr Verfahren funktioniert. Gefertigt wurde das Designobjekt bei einem Industriepartner im Lasersinterverfahren.
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