Kirigami Technik macht leicht und superfest

Kirigami Technik macht leicht und superfest

• Massachusetts Institute of Technology entwickelt Alternative zu klassischen Gitterstrukturen

Cambridge, PTE, 23. August 2023

Nach dem Vorbild der uralten japanischen #Papierfaltetechnik und #Papierschneidetechnik Kirigami stellen Ingenieure am Massachusetts Institute of Technology (MIT) ultrafeste metallische Strukturen her, die leichter sind als Bauteile gleicher Form aus Kork. Sie haben einstellbare mechanische Eigenschaften wie #Steifigkeit und #Flexibilität und lassen sich in #Flugzeugen, #Autos oder #Raumfahrzeugen nutzen, um Gewicht und damit Energie einzusparen.

Kleine Teile, große Strukturen

Das Team um Neil Gershenfeld hat ein modulares Verfahren entwickelt, bei dem viele kleinere Bauteile geformt, gefaltet und zu #3D Formen zusammengesetzt werden. Damit könnten sie weit größere Objekte herstellen als es bisher mit additiver Fertigung mittels 3D #Druck möglich war. Bisher herrschen in dem Bereich Gitter vor, etwa in Flugzeugflügeln. In deren Innerem befinden sich zahlreiche sich kreuzende Stege, die sich gewissermaßen gegenseitig stützen und so ein festes, aber elastisches Grundgerüst für die #Außenhaut bilden.

Plattengitter, auf die die MIT #Forscher setzen, sind dagegen zelluläre Strukturen, die aus dreidimensionalen, sich überschneidenden Platten und nicht aus Stegen bestehen. Diese Hochleistungsstrukturen sind noch stärker und steifer als Fachwerkgitter, aber der Zusammenbau der Komponenten gelingt nur mit einem technischen Trick. Die Flächen, die miteinander verbunden werden sollen, sind extrem flach, sodass sie per Niet oder Schraube verbunden werden können.

Je nach Faltung starr oder elastisch

Je nachdem, wie die Falten gestaltet werden, können einige Zellen so geformt werden, dass sie ihre Form behalten, wenn sie komprimiert werden, andere jedoch so modifiziert werden, dass sie sich in einem solchen Fall verbiegen, ohne zu brechen. Auf diese Weise können die Forscher genau steuern, wie sich verschiedene Bereiche der Struktur bei Belastungen verformen.

Mit ihrem Verfahren haben die Forscher #Aluminiumstrukturen hergestellt, die dreimal so viel Kraft aushalten wie eine typische Aluminiumwelle. Außerdem haben sie drei großformatige, gefaltete Kunstwerke aus Aluminiumverbundwerkstoff gestaltet, die im #MIT Media Lab ausgestellt sind. Obwohl sie jeweils mehrere Meter lang sind, dauert ihre Herstellung nur wenige Stunden.