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Kirigami: Japanische Kunstform hilft bei der Schaffung neuer leichter Materialien
von Vish Gain
vor 4 Tagen
Bild: Mit freundlicher Genehmigung der Forscher
Das von einem Team von MIT-Wissenschaftlern entwickelte Plattengitter wird als „Stahlkork“ beschrieben und kann dabei helfen, starke und leichte Teile für Flugzeuge, Autos und Raumfahrzeuge herzustellen.
Wissenschaftler haben auf der Grundlage von Kirigami – einer alten japanischen Kunstform des Faltens und Schneidens von Papier – ein starkes neues Material auf Metallbasis geschaffen, das leichter als Kork ist.
Wie das beliebtere Origami ist Kirigami die Praxis, Papier zu falten und zu schneiden, um leichte und feste 3D-Formen zu schaffen. Durch den Ersatz von Papier durch Metalle hoffen Wissenschaftler, dass dieses sogenannte architektonische Material anpassbare mechanische Eigenschaften haben kann.
„Dieses Material ist wie Stahlkork“, sagte Prof. Neil Gershenfeld, Leiter des Center for Bits and Atoms am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und leitender Autor eines neuen Artikels zu diesem Ansatz. „Es ist leichter als Kork, aber mit hoher Festigkeit und hoher Steifigkeit.“
Das als Plattengitter bekannte Material wurde in einem viel größeren Maßstab hergestellt, als Wissenschaftler bisher durch additive Fertigung erreichen konnten. Die benutzerdefinierten Formen ermöglichen es Wissenschaftlern, Metallen oder anderen Materialien neue mechanische Eigenschaften zu verleihen.
Das Papier wurde diese Woche auf den International Design Engineering Technical Conferences und der Computers and Information in Engineering Conference in Boston vorgestellt.
„Plattengitter übertreffen Balkengitter in Festigkeit und Steifigkeit bei gleichem Gewicht und gleicher innerer Struktur“, sagte Alfonso Parra Rubio, einer der Co-Hauptautoren des Papiers.
„[Seine] Konstruktion war so schwierig, dass es auf der Makroebene kaum Forschung gab. Wir glauben, dass Falten ein Weg zur einfacheren Nutzung dieser Art von Plattenstruktur aus Metall ist.“
Zu den weiteren Hintermännern des Artikels gehören Klara Mundilova, eine Doktorandin der Elektrotechnik und Informatik am MIT, David Preiss, ein Doktorand am MIT, und Erik Demaine, ein MIT-Professor für Informatik.
Mit der Methode stellte das Team Aluminiumstrukturen mit einer Druckfestigkeit von mehr als 62 Kilonewton, aber einem Gewicht von nur 90 Kilogramm pro Quadratmeter her. Im Gegensatz dazu wiegt Kork etwa 100 Kilogramm pro Quadratmeter.
Das Team stellte fest, dass die Strukturen so stark waren, dass sie dreimal so viel Kraft aushalten konnten wie eine typische Aluminiumwellung. Dies bedeutet, dass die Technik Wissenschaftlern dabei helfen könnte, leichtere und stoßdämpfende Komponenten für Flugzeuge, Autos und Raumfahrzeuge herzustellen.
„Um Dinge wie Autos und Flugzeuge herzustellen, wird viel in die Werkzeuge investiert. „Dieser Herstellungsprozess ist wie der 3D-Druck werkzeuglos“, erklärte Gershenfeld. „Aber im Gegensatz zum 3D-Druck kann unser Verfahren die Grenzen für Rekordmaterialeigenschaften setzen.“
Die Methode mit Kirigami-Plattengitterstrukturen kann jedoch schwierig zu modellieren sein.
„Nach meiner Erfahrung bei der Produktion komplexer Architekturprojekte sind die derzeitigen Methoden zur Konstruktion großflächiger gekrümmter und doppelt gekrümmter Elemente materialintensiv und verschwenderisch und gelten daher für die meisten Projekte als unpraktisch“, sagte James Coleman, Mitbegründer der Firma „Design for Fabrication and Installation“. SumPoint.
„Während die Technologie der Autoren neuartige Lösungen für die Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie bietet, glaube ich, dass ihre zellbasierte Methode auch erhebliche Auswirkungen auf die gebaute Umwelt haben kann“, fügte er hinzu.
Coleman, der an dieser Arbeit nicht beteiligt war, glaubt, dass die Fähigkeit, verschiedene Plattengittergeometrien mit spezifischen Eigenschaften herzustellen, leistungsfähigere und ausdrucksstärkere Gebäude mit weniger Material ermöglichen könnte.
„Adieu schwere Stahl- und Betonkonstruktionen, hallo leichte Gitter!“
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Verwandte Themen: Forschung, Weltraumtechnologie, Autotechnologie, Materialwissenschaften, Japan, MIT
Vish Gain ist Journalist bei Silicon Republic
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