Honeytubes: verbesserte Innenstruktur für 3D-gedruckte Hohlräume

Im Rahmen einer neuen Forschungsarbeit entwickelten Forscher eine neue wabenartige Struktur für 3D-gedruckte Hohlraum-Komponenten. Diese Struktur, genannt Honeytubes, weist neben einer verbesserten Stabilität ebenso eine wesentlich höhere Energieabsorbation auf.

Bereits seit den Anfängen des 3D-Drucks sind Branchen wie die Automobilindustrie oder auch die Luft- & Raumfahrtindustrie bemüht, benötigte Komponenten leichter zu gestalten, ohne dabei Funktionalität einzubüßen. Meist werden Komponenten für dieses Vorhaben als sogenannter Hohlkörper 3D-gedruckt, was sowohl Kosten und Zeit sowie auch Gewicht reduziert. Das am häufigsten genutzte Muster, um Hohlkörper stabil zu halten, ist das Standard-Wabenmuster.

Ein Nachteil beim 3D-Druck von Hohlkörpern mit geometrischer Innenstruktur ist jedoch das Aushöhlen, bei welchem es des Öfteren zu Problemen wie Funktionsverlust und verminderter Festigkeit kommen kann. Um diesem Problem ein Ende zu bereiten, forschen viele Experten an einer Möglichkeit, diese inneren Hohlstrukturen effizienter zu gestalten.

Im Rahmen einer neuen Forschungsarbeit, welche unter dem Titel “Druckeigenschaften von hohlen Gitterträger-verstärkten Waben (Honeytubes) durch additive Fertigung: Strukturierung und Rohrausrichtungseffekte” in dem Magazin Materials & Design veröffentlicht wurde, untersuchen Forscher nun eine vielversprechende neue Innenstruktur.

Ein Auszug der Publikation verrät mehr:

“Honeytubes, eine neuartige Art von Wabenstruktur, die durch Verstärkung mit Gitterträgern gebildet wurde, wiesen eine verbesserte Knickfestigkeit auf. Eine gründliche Analyse der Kompressionsleistung und der Energieabsorptionskapazität fehlte jedoch. In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen der Mikrostruktur und der Röhrenausrichtung auf die Druckeigenschaften untersucht. Vier Arten von Honeytubes wurden basierend auf verschiedenen Topologien, Geometrien und Rohrmustern entworfen und durch selektives Lasersintern (SLS) hergestellt. Für die Analyse wurden Out-of-Plane-Kompressionstests und Finite-Elemente-Simulationen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Einbau von Gitter in Waben zu einer größeren lokalen Belastung in Rohren und Rohr-Rippen-Verbindungen führte. Honeytubes zeigten jedoch eine überlegene Energieabsorptionsfähigkeit, die sogar die einiger metallischer Gitter übertraf. Der Ausgleich der Konfiguration von Rohren in Honeytubes könnte eine verbesserte mechanische Leistung gewährleisten. Diese Arbeit zeigt, dass Materialien, die auf der Nutzung von Mikrotopologien basieren, mechanische Eigenschaften regulieren und Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Materialien liefern können.”

In anderen Worten sind Honeytubes einfache Wabenstrukturen, welche durch Gitterträger verstärkt wurden. Somit bieten diese Gitterwaben nicht nur eine höhere Stabilität, ebenso weisen diese Honeytubes eine wesentlich höhere Energieabsorption als vergleichbare Strukturen auf. Um diese Funktionalität zu demonstrieren, 3D-druckten die Forscher im Rahmen der Forschungsarbeiten vier Typen dieser neuen Struktur mit dem Einsatz von Selektiver Lasersinter-Technologie.

Der vollständige Bericht ist hier einzusehen.