Schweizer sind nicht dafür bekannt, leichtfertig zu übertreiben. Forscher der ETH Zürich wollen nun jedoch Leichtbaumaterial mit maximaler Steifigkeit entwickelt haben. Noch steifere Konstruktionen sind ihnen zufolge praktisch unmöglich.
Mit additiven Produktionsverfahren können „bisher ungeahnt komplexe innere Strukturen“ hergestellt werden, wie die Schweizer Wissenschaftler schreiben. Statt die Steifigkeit wie üblich mit Gitterstäben zu realisieren, nutzen die Forscher Plattenstrukturen, die sich regelmäßig wiederholen – und die seien bei gleichem Gewicht und Volumen bis zu dreimal steifer. Mit mathematischen Berechnungen wurde zudem ermittelt, wie steif Materialien mit inneren Hohlräumen theoretisch überhaupt werden können. Die neue Plattenkonstruktionsweise kommt den Forschern zufolge dieser Grenze „extrem nahe“.
Anwendungsmöglichkeiten sehen die Wissenschaftler derzeit bei ultraleichten Fahrzeugen, medizinischen Implantaten oder Laptopgehäusen. Sobald additive Fertigungstechnologien für die Massenproduktion zur Verfügung stünden, könnte man die Materialien aber auch für andere Anwendungen nutzen. Bisher komme der Leichtbau aus Kostengründen fast nur im Flugzeugbau und der Raumfahrt zur Anwendung – oder im Schienenverkehr: Ein Ingenieursteam von CG Rail hat einen Zug entwickelt, der fast vollständig aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) besteht, berichtet Konstruktionspraxis. Ziel des Projekts sei es, den CFK-Leichtbau in der Bahntechnik zu forcieren und die Qualität des öffentlichen Personennahverkehrs in Ballungsräumen zu verbessern.
The Swiss are not known for carelessly overdoing things. However, researchers at ETH Zurich now claim to have developed lightweight materials with maximum stiffness. According to them, even stiffer constructions are practically impossible.
Additive production processes can be used to produce „previously unimaginably complex internal structures,“ as the Swiss scientists write. Instead of using lattice bars to achieve stiffness as usual, the researchers use plate structures that repeat themselves regularly – and are up to three times stiffer with the same weight and volume. Mathematical calculations were also used to determine how stiff materials with internal cavities can theoretically become. According to the researchers, the new plate design comes „extremely close“ to this limit.
The scientists currently see potential applications in ultra-light vehicles, medical implants and laptop housings. But once additive manufacturing technologies are available for mass production, the materials could also be used for other applications. For cost reasons, lightweight construction has so far been used almost exclusively in aircraft construction and space travel – or in rail transport: a team of CG Rail engineers has developed a train that is almost entirely made of carbon fiber-reinforced plastic (CFRP), reports Konstruktionspraxis. The aim of the project is to promote CFRP lightweight construction in railway technology and to improve the quality of local public transport in conurbations.