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Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der Texas A&M University und den Sandia National Laboratories haben Forschende eine neue Verbindungstechnologie, die Interlocking Metasurfaces (ILMs), erheblich verbessert, um die Festigkeit und Stabilität einer Struktur im Vergleich zu herkömmlichen Techniken wie Schrauben und Klebstoffen durch den Einsatz von Formgedächtnislegierungen (SMAs) zu erhöhen.
„ILMs sind in der Lage, Verbindungstechnologien für eine Reihe von Anwendungen neu zu definieren, ähnlich wie es Klettverschlüsse vor Jahrzehnten taten“, sagte Dr. Ibrahim Karaman, Professor und Leiter der Abteilung für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der Texas A&M. „In Zusammenarbeit mit Sandia National Laboratories, den ursprünglichen Entwicklern von ILMs, haben wir ILMs aus Formgedächtnislegierungen entwickelt und hergestellt. Unsere Forschung zeigt, dass diese ILMs bei Bedarf selektiv gelöst und wieder aktiviert werden können, wobei die Festigkeit und strukturelle Integrität der Verbindung erhalten bleibt.“
Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Materials & Design veröffentlicht. Durch den Einsatz von 3D-Druck konnten die Teams aktive ILMs entwickeln, die durch Temperaturänderungen gesteuert werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für intelligente, adaptive Strukturen, die ihre Flexibilität und Funktionalität beibehalten.
„Aktive ILMs haben das Potenzial, die Konstruktion mechanischer Verbindungen in Branchen zu revolutionieren, in denen eine präzise, wiederholbare Montage und Demontage erforderlich ist“, so Abdelrahman Elsayed, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der Texas A&M.
Praktische Anwendungen dieser Technologie umfassen rekonfigurierbare Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, flexible Gelenke für Roboter sowie anpassbare Implantate und Prothesen in der Medizintechnik.
„Wir gehen davon aus, dass der Einbau von SMAs in ILMs zahlreiche künftige Anwendungen erschließen wird, auch wenn noch einige Herausforderungen bestehen“, so Karaman. „Das Erreichen von Superelastizität in komplexen 3D-gedruckten ILMs wird die lokale Kontrolle der strukturellen Steifigkeit ermöglichen und die Wiederanbindung mit hohen Schließkräften erleichtern. Darüber hinaus gehen wir davon aus, dass diese Technologie die seit langem bestehenden Herausforderungen im Zusammenhang mit Verbindungstechniken in extremen Umgebungen lösen wird. Wir sind begeistert von dem transformativen Potenzial der ILM-Technologie.“
Die Forschung wird von der Texas A&M Engineering Experiment Station (TEES) finanziert und trägt zur Weiterentwicklung der additiven Fertigungstechnologien bei.
