Sichere Sprengstoffe: Mit 3D-Druck zu sichereren und effizienteren energetischen Materialien

An der Purdue University wird 3D-Druck eingesetzt um energetische Materialien wie Sprengstoffe und Treibmittel sicherer und effizienter zu machen. Im Purdue Energetics Research Center entwickeln Forschende maßgeschneiderte Lösungen die Leistung optimieren und gleichzeitig die Sicherheit erhöhen.

Ein zentraler Akteur in diesem Bereich ist Diane Collard, Wissenschaftlerin am PERC, die sich auf die individualisierte Herstellung energetischer Materialien mittels additiver Fertigung spezialisiert hat. „Diane Collard ist eine herausragende Forscherin, die eine entscheidende Rolle bei mehreren Forschungsprojekten spielt, darunter fortschrittliche Treibstoffe, Hochenergiebatterien und Sprengstoffgehäuse“, sagte Steve Son, der Alfred J. McAllister Professor für Maschinenbau. „Sie ist eine großartige Kollegin, und wir können uns glücklich schätzen, sie in Purdue zu haben“.

Die Möglichkeit, energetische Materialien anzupassen, ist entscheidend, da Parameter wie Sprengkraft, Empfindlichkeit oder Verbrennungsrate stark von der Anwendung und den Umgebungsbedingungen abhängen. Collards Arbeit umfasst die Entwicklung reaktiver Gehäuse, die die Leistung solcher Materialien optimieren können. Diese Gehäuse, hergestellt mit 3D-Druckverfahren, ermöglichen komplexe interne Strukturen und Materialkombinationen, die sowohl die Fragmentierung als auch die Energiefreisetzung beeinflussen. Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit dem Air Force Research Laboratory (AFRL) umgesetzt, das die Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit solcher Technologien fördern möchte.

„Die Übernahme dieser Aufgabe war eine Chance für mich, mein Fachwissen zu erweitern“, sagte Collard. „Bevor ich Mitarbeiterin wurde, habe ich mich hauptsächlich auf Treibstoffe und Pyrotechnik konzentriert, aber jetzt kann ich an Projekten zu Sprengstoffen und Batterien arbeiten. Mir gefällt auch, dass ich in Purdue nicht an die Finanzierung durch einen Professor gebunden bin. Ich kann mich selbst um Zuschüsse bemühen und als Hauptforscher an einem Forschungsprojekt arbeiten.

Ein weiterer Fokus liegt auf funktional abgestuften Materialien, bei denen die Eigenschaften innerhalb eines Werkstücks variieren, um spezifischen Anforderungen gerecht zu werden.

„Diese Materialien können für verschiedene Anwendungsfälle maßgeschneidert werden, und das ist das Tolle an der additiven Fertigung. Das ist das Tolle an der additiven Fertigung: Sie ist wirklich für den Einzelfall gedacht“, sagte Collard. „Wenn Sie eine bestimmte Aufgabe oder eine bestimmte Leistungsanforderung im Sinn haben, ist die traditionelle oder standardisierte Fertigung möglicherweise nicht die beste Lösung, da sie besser geeignet ist, um Teile und Designs in großen Mengen zu produzieren.“

Kelsea Miller, Forschungsingenieurin am AFRL, betont: „Meine Arbeit bei AFRL bezog sich auf die Entwicklung von Verarbeitungsstrategien für reaktive Materialien. Wie können wir sie herstellen? Wie können wir diese Technologien in etwas umwandeln, das skalierbar ist, aber auch von der Reaktivität und dem energetischen Standpunkt aus maßgeschneidert werden kann? Diane macht hier große Fortschritte, und ich glaube, dass wir daraus eine Menge aussagekräftiger Daten gewinnen werden“.

Collards Forschung wird durch das AFRL Regional Network – Midwest gefördert, das innovative Projekte und die Zusammenarbeit zwischen Universitäten und Unternehmen unterstützt.

Stacy Manni, Direktorin des Netzwerks, sagte: „Im Midwest Regional Network versuchen wir, Führung und Innovation aus jedem Teil unseres Ökosystems zu fördern – von kleinen Startups bis hin zu inspirierten Mitarbeitern an Universitäten“, sagte Manni. „Wir sind gespannt darauf, wie Diane Collards Forschung die Grenzen im Bereich der Energetik verschiebt und zur Mission der Air Force beiträgt.“

Neben der Forschung schätzt Collard besonders die Arbeit im Labor und die direkte Betreuung von Studierenden: „Ich bin im Labor, auf dem Boden, und helfe den Studenten, die Konzepte zu verstehen und aus ihren Fehlern zu lernen, damit sie ihre Experimente ständig verbessern können“, sagte Collard. „Es kann viel schwieriger sein, diese Erfahrungen mitzuerleben, wenn man sich auf einer höheren Ebene befindet und nur das Endprodukt und nicht alle Iterationen sieht. Die Möglichkeit, tatsächlich zu tüfteln und an diesen Punkt zu gelangen, ist eine der Freuden des Labors.“