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Besser als 3D-Druck Japanische Falttechnik Kirigami optimiert Leichtbau

Quelle: Pressemitteilung des MIT 2 min Lesedauer

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Das Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt Alternative zur Herstellung klassischer Gitterstrukturen und lässt sich dabei durch japanische Kunst inspirieren.

Das ist ein typisches Beispiel für ein Werk, das auf der japanischen Papierschneide- und Faltkunst Kirigami basiert. MIT-Forscher haben diese Kunstform jetzt auf die Bearbeitung von Blech übertragen, wobei erstaunliche Ergebnisse in Sachen stabilem Leichtbau entstanden sind.(Bild: Y. Mirakoso)
Das ist ein typisches Beispiel für ein Werk, das auf der japanischen Papierschneide- und Faltkunst Kirigami basiert. MIT-Forscher haben diese Kunstform jetzt auf die Bearbeitung von Blech übertragen, wobei erstaunliche Ergebnisse in Sachen stabilem Leichtbau entstanden sind.
(Bild: Y. Mirakoso)

Nach dem Vorbild der uralten japanischen Papierfalte- und -schneidetechnik Kirigami – nicht zu verwechseln mit der nur Faltmethode Origami – stellen Ingenieure am MIT nun mit Blech ultrafeste metallische Strukturen her, die leichter sind als Bauteile gleicher Form, wenn diese aus Kork wären, wie man betont. Den Bauteilen könne man einstellbare mechanische Eigenschaften wie Steifigkeit und Flexibilität geben und sie ließen sich in Flugzeugen, Autos oder Raumfahrzeugen nutzen, um Gewicht und damit natürlich auch Energie einzusparen.

Mit Niet oder Schraube zu größeren Leichtbauteilen als mit 3D-Druck

Das darin involvierte MIT-Team hat dazu ein modulares Verfahren entwickelt, bei dem viele kleinere Bauteile geformt, gefaltet und zu 3D-Bauteilen zusammengesetzt werden, wie es weiter heißt. Damit könnten die Experten weit größere Objekte herstellen als es bisher mit additiver Fertigung, also dem 3D-Druck, möglich sei. Bisher herrschen in dem Bereich lediglich Gitter vor, die etwa in Flugzeugflügeln eingesetzt werden. In deren Innerem befinden sich zahlreiche sich kreuzende Stege, die sich gegenseitig stützen, um so ein festes, aber elastisches Grundgerüst für die Außenhaut zu bilden. Die Plattengitter, auf die die MIT-Forscher setzen, sind aber zelluläre Strukturen, die aus dreidimensionalen, sich überschneidenden Platten und nicht aus Stegen bestehen. Das seien echte Hochleistungsstrukturen, die noch stärker und steifer als Fachwerkgitter sein sollen. Doch der Zusammenbau der Komponenten gelingt, wie es weiter heißt, nur mit einem technischen Trick: Die Flächen, die miteinander verbunden werden sollen, sind so flach, sodass sie per Niet oder Schraube verbunden werden können.

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Kirigami-Blechkonstrukte können starr oder elastisch sein

Je nachdem, wie die Falten verlaufen, können einige Zellen so geformt werden, dass sie ihre Form behalten, wenn sie komprimiert werden, wohingegen andere so modifiziert werden können, dass sie sich im Belastungsfall verbiegen, ohne dadurch zu brechen. So könnten die US-amerikanischen Forscher genau steuern, wie sich verschiedene Bereiche der Struktur bei Belastungen verformen.

Mit ihrem vom Kirigami inspirierten Verfahren haben die Forscher nun Aluminiumstrukturen hergestellt, die dreimal so stark belastet werden können als eine typische Aluminiumwelle. Außerdem haben sie drei großformatige, gefaltete Kunstwerke aus Aluminiumverbundwerkstoff gestaltet (siehe Bilder), die im MIT Media Lab ausgestellt wurden. Obwohl sie jeweils mehrere Meter lang sind, dauert ihre Herstellung nur wenige Stunden, wie man betont.

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