UTA-Forscher entwickeln von der Natur inspirierte 3D-gedruckte Verbundstoffe
Das Projekt trägt den Titel „Neuartige schadenstolerante Verbundwerkstoffe durch hybride biomimetische Designs und additive Fertigung aus mehreren Materialien“
Wie die University of Texas at Arlington (UTA) mitteilt, hat Shiyao Lin, ein Forscher in der Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik des College of Engineering, eine Finanzierung für ein neues Forschungsprojekt mit dem Titel „Novel Damage-Tolerant Composites Enabled by Hybrid Biomimetic Designs and Multi-Material Additive Manufacturing“ erhalten.
Das Research Enhancement Program (REP), das vom Büro des Vizepräsidenten für Forschung und Innovation der UTA verwaltet wird, bietet Forschern eine Anschubfinanzierung, um neue Ideen zu testen und neue Richtungen zu erkunden, die zu künftigen Innovationen und wettbewerbsfähigeren Anträgen auf externe Finanzierung durch Bundesbehörden und gemeinnützige Stiftungen führen könnten.
Dr. Lin entwickelt schadenstolerante Verbundwerkstoffe der nächsten Generation unter Verwendung von Designs, die von der Natur inspiriert sind, wie Bambus und Muschelschalen. Diese hybriden biomimetischen Strukturen werden im 3D-Druckverfahren aus mehreren Materialien hergestellt und auf ihre Festigkeit und Haltbarkeit getestet.
In dieser Forschung wird die Materialwissenschaft durch die Brille der Natur betrachtet, indem untersucht wird, wie natürliche Strukturen Schäden verhindern und Brüchen widerstehen. Durch die Untersuchung der grundlegenden physikalischen Zusammenhänge, die der Entstehung und Ausbreitung von Rissen in diesen Materialien zugrunde liegen, will Lin neue Wege zur Verbesserung der Zähigkeit von technischen Verbundwerkstoffen aufzeigen. Im Rahmen des Projekts werden mehrere biomimetische Strukturen kombiniert – ein Ansatz, der bisher kaum erforscht wurde – und ihre Wirksamkeit durch Laborexperimente und Computermodellierung validiert.
Diese Konstruktionen könnten zu stärkeren, sichereren Materialien führen, die in der Luft- und Raumfahrttechnik, im Automobilbau und bei persönlicher Schutzausrüstung eingesetzt werden. Die potenziellen Anwendungen reichen von Flugzeugkomponenten, die Belastungen besser standhalten, über Autoteile, die die Sicherheit der Passagiere verbessern, bis hin zu Körperpanzern mit fortschrittlicher Energieabsorption – die Auswirkungen sind also sowohl weitreichend als auch bedeutsam.
Der erste Schritt besteht darin, ein Hybriddesign zu entwickeln, das von Bambus und Muschelschalen inspiriert ist. Die natürliche Zellstruktur von Bambus trägt dazu bei, Risse zu vermeiden, während die schichtweise Zusammensetzung der Muschelschale Brüchen widersteht. Mit Hilfe eines 3D-Druckers, der mehrere Materialien verarbeiten kann, wird das UTA-Team diese Hybridstrukturen konstruieren und mechanische Tests durchführen, um ihre Belastbarkeit zu bewerten.
„Dieses Stipendium wird Studenten mit analytischen und praktischen Fähigkeiten ausbilden und das Wissen von Studenten der Ingenieurwissenschaften in Zoologie und Biologie erweitern“, sagte Shiyao Lin.
