RMIT-Team aus Australien druckt per 3D-Druck eine schwimmfähige Titan-Gitterstruktur

de.wedoany.com-Bericht: Ein von Forschenden der RMIT University geleitetes Team hat per 3D-Druck eine Titan-Gitterstruktur hergestellt, die auch nach schwerer Beschädigung schwimmen und ihren Auftrieb behalten kann. Es handelt sich um die erste dokumentierte schwimmfähige Metall-Hybrid-Gitter-Metamaterial.

Dieses Titangitter besteht aus hohlen, miteinander verbundenen Titanstreben, die mit Polyurethanschaum gefüllt sind. Wasser kann durch die offenen Räume des Gitters strömen, während die versiegelten Streben das Ganze schwimmend halten; Laborproben schwimmen seit über zwei Monaten in Süßwasser.

Jordan Noronha, leitender Forscher am Centre for Additive Manufacturing der RMIT University, erläutert, dass Metallgitterstrukturen zwar extrem leicht sein können – mit einer Dichte von weniger als einem Zehntel der von Wasser –, ihre inneren Räume jedoch offen und miteinander verbunden sind, sodass sie sinken, sobald Wasser eindringt. Das Forschungsteam füllte lediglich die hohlen Titanstreben mit Polyurethanschaum und schuf so eine Struktur, durch die Wasser fließen kann, die aber auch nach schweren Rissen und Beschädigungen ihren Auftrieb behält. Das Prinzip beruht darauf, dass winzige versiegelte Poren im Schaum Gas einschließen und so verhindern, dass Wasser in die hohlen Streben eindringt.

Um die Schwimmfähigkeit solcher Strukturen zu beschreiben, führte das Forschungsteam die Kennzahl „Skelettdichte“ ein, die nur die wasserabweisenden Teile berücksichtigt – also die Titanwände und die versiegelten, schaumgefüllten Kanäle – und das Gesamtvolumen des Materials nicht einbezieht. Noronha erklärt, dies biete Ingenieuren eine einfache Designregel: Solange die Skelettdichte geringer sei als die der umgebenden Flüssigkeit, schwimme die Struktur – selbst wenn Wasser durch alle äußeren Öffnungen ströme.

Tests zeigen, dass das Gitter bei gleicher Dichte eine 70 % höhere Festigkeit als Edelstahl oder hochdichtes Polyethylen aufweist. Nach zweiwöchiger Einwirkung von Meerwasser aus der Port Phillip Bay verlor die Probe 0,15 % ihrer Masse und weniger als 1 % ihrer Festigkeit. Ein per 3D-Druck gefertigter Bojenkörper blieb in einem um 45 Grad geneigten Tank stabil – ohne Außenhülle, Beschichtung oder zusätzliche Auftriebsvorrichtungen.

Projektleiter, Distinguished Professor Ma Qian, erklärt, das Team werde die Bauteilgrößen vergrößern und die Langzeitleistung der Struktur in Meeres- und Tiefseeumgebungen testen. Durch Veränderung des Materials im Inneren des Titangerüsts ließen sich zudem ähnliche Strukturen für Anwendungen wie Energieabsorption, Wärmemanagement oder Vibrationskontrolle maßschneidern.