Ein Team der RMIT druckt im 3D-Verfahren ein Titan-Gitter, das im Meerwasser schwimmt
Der Metall-Polymer-Hybrid behielt nach Rissbildung und Bruch seine Auftriebskraft bei
Ein Team unter der Leitung von Forschern der RMIT University hat ein Titangitter im 3D-Druckverfahren hergestellt, das schwimmt und auch nach schweren Beschädigungen über Wasser bleibt – das erste dokumentierte schwimmende Metamaterial in Form eines Metall-Hybridgitters.
Hohle, miteinander verbundene Titanstreben, die mit Polyurethanschaum gefüllt sind, lassen Wasser durch das Gitter fließen, während die abgedichteten Streben es stützen. Die Proben schwammen mehr als zwei Monate lang in Süßwasser.
„Obwohl Metallgitter unglaublich leicht sein können – mit einer Dichte von weniger als einem Zehntel der Dichte von Wasser –, lassen ihre offenen, miteinander verbundenen Hohlräume Wasser eindringen, wodurch sie sinken“, sagte Jordan Noronha, leitender Forscher am Centre for Additive Manufacturing der RMIT University.
„Indem wir nur die hohlen Titanstreben mit Polyurethanschaum gefüllt haben, haben wir eine Struktur geschaffen, die Wasser durchlässt und dennoch auch nach erheblichen Rissen und Beschädigungen schwimmfähig bleibt“, sagte er. „Winzige, versiegelte Zellen im Schaum schließen Gas ein und verhindern, dass Wasser in die hohlen Streben eindringt.“
Das Team führte einen Messwert namens „Skelettdichte“ ein, bei dem nicht das Gesamtvolumen, sondern ausschließlich die wasserabweisenden Teile (Titanwände und versiegelte, mit Schaum gefüllte Kanäle) gezählt werden.
„Dies gibt Ingenieuren eine einfache Konstruktionsregel an die Hand: Wenn die Skelettdichte geringer ist als die der umgebenden Flüssigkeit, schwimmt die Struktur – selbst wenn Wasser durch alle ihre äußeren Öffnungen fließt“, sagte Noronha.
Bei gleicher Dichte war das Gitter um 70 % fester als Edelstahl oder hochdichtes Polyethylen. Nach zwei Wochen im Meerwasser der Port Phillip Bay hatte es 0,15 % seiner Masse und weniger als 1 % seiner Festigkeit eingebüßt, und eine gedruckte Boje blieb in um 45 Grad gedrehten Tanks stabil – ohne Gehäuse, Beschichtung oder zusätzliche Auftriebskörper.
Ma Qian, Distinguished Professor und Projektleiter, erklärte, das Team werde die Bauteile vergrößern und die Langzeitleistung im Meer sowie in der Tiefsee testen.
„Durch die Veränderung des Materials im Inneren des Titan-Gerüsts könnten wir eine ähnliche Struktur für Energieabsorption, Wärmemanagement, Schwingungsdämpfung und andere Anwendungen maßschneidern“, sagte er.
