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Hochfest durch Hierarchie
HZG-Team entwickelt neues Verfahren für den Bau ultraleichter Materialien
Möglichst leicht und zugleich möglichst stabil. Das sind die Anforderungen an moderne Leichtbaustoffe, wie sie im Flugzeugbau und in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen. Ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) und der Technischen Universität Hamburg (TUHH) hat nun ein neues Bauprinzip für künftige Ultraleicht-Materialien entwickelt: Nanometerkleine Metallstreben, die auf separaten Hierarchieebenen ineinander geschachtelte Netzwerke bilden, sorgen für eine erstaunliche Festigkeit. Die Arbeitsgruppe stellt ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Science“ vor.
Als er 1889 in Paris eingeweiht wurde, galt der Eiffelturm als technisches Wunderwerk: Eine raffinierte, filigrane Konstruktion aus großen und kleinen Eisenstreben verlieh ihm eine enorme Stabilität und ließ ihn damals zum mit Abstand höchsten Bauwerk der Welt werden. Fachleute bezeichnen dieses Bauprinzip aus großen Streben, die durch kleinere stabilisiert werden, als „hierarchisch“. Seit einigen Jahren versucht die Materialforschung, dieses Konzept auf das Gefüge, also den inneren Aufbau von Materialien, zu übertragen – etwa mit 3D-Druckern, die Fachwerke im Mikrometer-Maßstab herstellen können.
Doch die Hoffnung, dadurch eine neue Generation von hochstabilen Leichtbauwerkstoffen zu realisieren, hat sich bislang nicht erfüllt. Einer der Gründe: „Ein 3D-Drucker kann maximal circa zehntausend Streben drucken und braucht dafür Stunden“, sagt Prof. Jörg Weißmüller vom Institut für Werkstoffmechanik am HZG, Co-Autor der aktuellen Publikation. „Das ist für praktische Anwendungen nicht sehr brauchbar.“