Forscher des MIT haben mit Hilfe der japanischen Kunst des Kirigami, bei der Papier gefaltet und geschnitten wird, ein neues, hochleistungsfähiges Material namens Plate Lattice hergestellt. Durch die Veränderung der geometrischen Form der Einheitszellen dieses Materials können seine mechanischen, thermischen oder akustischen Eigenschaften angepasst werden. Plate Lattices, dreidimensionale Strukturen aus Platten, sind stärker und steifer als Truss Lattices, aber ihre Herstellung mit herkömmlichen Techniken wie dem 3D-Druck war bisher eine große Herausforderung. Die Forscher des MIT haben dieses Problem gelöst, indem sie ein gängiges Origami-Faltmuster abgeändert haben, um Facetten zu erzeugen, die als flache Oberflächen zum Anbringen von Platten mit Schrauben oder Nieten dienen. Diese Plate Lattices sind stärker und steifer als Balkenlattices bei gleicher Gewichts- und innerer Struktur. Die Forscher haben auch einen modularen Montageprozess entwickelt, um ultraleichte und ultrastarke Strukturen mit kleineren Faltmustern herzustellen. Diese Strukturen könnten insbesondere in der Architektur, bei Flugzeugen, Autos oder in der Raumfahrt nützlich sein. Die Forscher planen außerdem, benutzerfreundliche Designwerkzeuge für diese Strukturen zu entwickeln und Methoden zur Reduzierung der Berechnungskosten zur Simulation der gewünschten Eigenschaften zu erforschen.
Einführung
Die Forscher am MIT haben erfolgreich eine Art von hochleistungsfähigen architektonischen Materialien, bekannt als Plate Lattices, mit Hilfe der antiken japanischen Kunst des Kirigami hergestellt. Diese innovative Technik beinhaltet das Falten und Schneiden von Papier, um komplexe Muster und Strukturen zu erzeugen.
Vorteile von architektonischen Materialien
Architektonische Materialien haben einzigartige Eigenschaften, die durch die Veränderung der geometrischen Form der Einheitszellen, aus denen die Struktur besteht, angepasst werden können. Diese Materialien können verbesserte mechanische, thermische oder akustische Eigenschaften aufweisen, was sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht.
Herausforderungen bei der Herstellung
Plate Lattices, die aus dreidimensionalen Schnittpunkten von Platten bestehen, sind stärker und steifer als Truss Lattices. Die Herstellung von Plate Lattices mit gängigen Techniken wie 3D-Druck war jedoch eine Herausforderung.
Vorteile von Plate Lattices
Plate Lattices bieten gegenüber Truss Lattices eine überlegene Festigkeit und Steifigkeit bei gleichem Gewicht und interner Struktur. Dies macht sie ideal für Anwendungen, bei denen leichte und hochleistungsfähige Materialien gefragt sind, wie z.B. in Architektur, Flugzeugbau, Automobilindustrie oder Luft- und Raumfahrtkomponenten.
Kirigami-basierte Herstellungsprozess
Die MIT-Forscher haben einen kirigami-basierten Herstellungsprozess entwickelt, um Plate Lattices herzustellen. Durch die Modifikation eines gängigen Origami-Faltmusters haben sie Facetten geschaffen, die flache Oberflächen für die Befestigung von Platten mit Schrauben oder Nieten bieten.
Nutzung von Kirigami-Techniken
Die Forscher haben die Falt- und Schneidetechniken des Kirigami genutzt, um die erforderlichen Strukturen für Plate Lattices zu schaffen. Dadurch konnten sie die Herausforderungen, die bei der Herstellung dieser komplexen Materialien mit traditionellen Methoden wie 3D-Druck auftreten, überwinden.
Modularer Montageprozess
Die Forscher haben auch einen modularen Montageprozess entwickelt, bei dem kleinere Faltmuster verwendet werden, um ultraleichte und ultrastarke Strukturen herzustellen. Dieser Prozess ermöglicht Flexibilität und Skalierbarkeit bei der Herstellung von architektonischen Materialien.
Anwendungen von Plate Lattices
Die mit kirigami-basierten Techniken hergestellten Plate Lattices haben eine Vielzahl von Anwendungen:
Architektonische Komponenten
Plate Lattices können verwendet werden, um leichte und robuste architektonische Komponenten wie Dachstrukturen, Fassaden und Brücken zu schaffen.
Flugzeug- und Automobilkomponenten
Plate Lattices können in Flugzeug- und Automobilkomponenten integriert werden, um Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig Festigkeit und Steifigkeit zu gewährleisten.
Luft- und Raumfahrtkomponenten
Luft- und Raumfahrtkomponenten wie Raumfahrzeugstrukturen und Satelliten können von den hochleistungsfähigen Eigenschaften von Plate Lattices profitieren.
Zukünftige Entwicklungen
Die Forscher haben Pläne für weitere Entwicklungen in diesem Bereich:
Benutzerfreundliche Design-Tools
Die MIT-Forscher haben das Ziel, benutzerfreundliche Design-Tools zu entwickeln, die Ingenieuren und Designern ermöglichen, Plate Lattice-Strukturen für spezifische Anwendungen zu erstellen und anzupassen.
Reduzierung der Rechenkosten
Die Simulation der gewünschten Eigenschaften von architektonischen Materialien kann rechenintensiv sein. Die Forscher erforschen Methoden zur Reduzierung der Rechenkosten, um den Herstellungs- und Optimierungsprozess effizienter zu gestalten.
