Reaktionsfreudig Additiv gefertigte Struktur ändert auf Knopfdruck ihre Eigenschaft

Quelle: Pressemitteilung des Fraunhofer IWM

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Programmierbare Materialien sind echte Formwandler, denn auf Knopfdruck ändern sie kontrolliert und reversibel ihre Eigenschaften, was das heißt, erklären hier die daran arbeitenden Forscher.

Diese komplexe Struktur ist aus vielen einheitlichen Einzelelementen zusammengesetzt und per 3D-Druck entstanden. Nach Aussage der Forscher am Fraunhofer IWM handelt es sich um ein sogenanntes programmierbares Material, das als wahrer Formwandler gilt. Hier mehr dazu ...
Diese komplexe Struktur ist aus vielen einheitlichen Einzelelementen zusammengesetzt und per 3D-Druck entstanden. Nach Aussage der Forscher am Fraunhofer IWM handelt es sich um ein sogenanntes programmierbares Material, das als wahrer Formwandler gilt. Hier mehr dazu ...
(Bild: Fraunhofer IWM)

Programmierbare Materialien passen sich selbstständig an sich ändernde Gegebenheiten an, heißt es. So können sie etwa für einen bequemeren Sitz- oder Liegekomfort sorgen, die das Wundliegen von Patienten oder Pflegeheiminsassen verhindern. Dabei verforme sich die Unterlage so, dass die Auflagefläche groß ist und sich der Druck auf die Körperstellen des Menschen verringert. Auch die Härte der Struktur könne so beeinflusst werden. Forscher des Fraunhofer Cluster of Excellence Programmierbare Materialien (CPM) entwickeln solche programmierbaren Systeme und bringen sie dann mit Industriepartnern zur Marktreife. Das Ziel ist es etwa Ressourcen effizienter zu nutzen.

Links eine Einheitszelle aus Strukturelementen. In der Mitte ist Aufbau des programmierbaren Materials aus vielen Zellen konstruktiv dargestellt. Rechts wieder der 3D-gedruckte Demonstrator.
Links eine Einheitszelle aus Strukturelementen. In der Mitte ist Aufbau des programmierbaren Materials aus vielen Zellen konstruktiv dargestellt. Rechts wieder der 3D-gedruckte Demonstrator.
(Bild: Fraunhofer IWM)

Pfiffige Kombination aus Material und Mikrostruktur

Doch wie lassen sich Materialien überhaupt programmieren? Nun, die Forscher des IWM haben grundsätzlich zwei Stellschrauben, heißt es. Da ist zum einen das Grundmaterial – im Falle der Matratzen thermoplastische, also wieder schmelzbare Kunststoffe und für andere Anwendungen metallische Legierungen, wozu auch sogenannte Formgedächtnislegierungen gehören, die insbesondere die Mikrostruktur bilden. Zum anderen ist es die Mikrostruktur der sogenannten Metamaterialien, die sich aus einzelnen Zellen zusammensetzt, die wiederum aus Strukturelementen wie kleinen Balken und dünnen Schalen bestehen, wie es weiter heißt. Während die Größe der einzelnen Zellen und ihrer Strukturelemente bei herkömmlichen zellulären Materialien – man denke an Schäume – zufällig variiere, sei sie bei den programmierbaren Materialien zwar auch variabel, jedoch genau festgelegt – sprich programmiert, so die Erklärung. Diese Programmierung erfolge beispielsweise so, dass Druck an einer bestimmten Position zu gewünschten Formänderungen an anderen Stellen führe, um bei der Matratze zu bleiben. So lässt sich die Auflagefläche einstellen.

Materialien reagieren auch auf andere „Reize“

Welche Formänderung das Material mitbringen soll und auf welche Reize – mechanische Belastung, Wärme, Feuchte oder auch ein elektrisches oder magnetisches Feld – es schließlich reagiert, lässt sich ebenfalls über die Wahl des Materials sowie durch seine Mikrostruktur bestimmen. Die Programmierbaren Materialien ermöglichen es dann auch, Gegenstände an die jeweilige Anwendung oder Person anzupassen, was einen Mehrwert bringe, und die Dinge somit multifunktionaler nutzbarer zu machen als bisher. Sie müssten also nicht so oft ausgetauscht werden. Insbesondere vor dem Hintergrund des Ressourcenverbrauchs sei das eine willkommene Eigenschaft.

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