{"id":204200,"date":"2020-01-15T07:00:48","date_gmt":"2020-01-15T06:00:48","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=204200"},"modified":"2020-01-15T07:00:48","modified_gmt":"2020-01-15T06:00:48","slug":"selbstfaltende-materialien-ermoeglichen-die-bildung-von-komplexen-formen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/selbstfaltende-materialien-ermoeglichen-die-bildung-von-komplexen-formen\/","title":{"rendered":"Selbstfaltende Materialien erm\u00f6glichen die Bildung von komplexen Formen"},"content":{"rendered":"<p>In einem l\u00e4nder\u00fcbergreifenden Forschungsprojekt testete man erfolgreich selbstfaltende Materialien. Das Material kam 2D aus dem Drucker, und ging unter Einwirkung von Wasser und W\u00e4rme in einen selbstfaltenden Prozess \u00fcber. Der Mechanismus erm\u00f6glicht selbst komplexe Formen und k\u00f6nnte noch nie dagewesene Objekte in Medizin, Luftfahrt und M\u00f6beldesign erm\u00f6glichen.<\/p>\n<p>Die Experten sprechen von einem <em>selbstst\u00e4ndigen zeitlichen Morphen von Objekten<\/em>. Zeitlich, weil der Zeitablauf eine wesentliche Rolle spielt, wenn bei der Faltung komplexer Formen Kollisionen vermieden werden sollen. Die Gew\u00e4hrleistung eben dieses Zeitablaufs bildete das zentrale Forschungsproblem. Die Faltgeschwindigkeit der einzelnen Teile des Objekts musste vorab definiert werden.<\/p>\n<h3>Selbstfaltende Materialien<\/h3>\n<p>Die Technologie f\u00fcr selbstfaltende Materialien besteht aus<\/p>\n<ul>\n<li>einem Mechanismus, der sowohl Zeit als auch Geometrie ber\u00fccksichtigt;<\/li>\n<li>einem Algorithmus, der die Information von Zeit und Geometrie im <em>intelligenten<\/em> Material kodiert und im 3D-Drucker ausdruckt;<\/li>\n<\/ul>\n<p>Das selbstfaltende Material ist membranartig. Dessen Kodierung erfolgt \u00fcber dessen kleinste Funktionseinheit, die Zelleinheit. Die Bestandteile dieser Zelleinheiten \u00fcbernehmen bestimmte Rollen und dienen der Erzeugung einer <em>Bet\u00e4tigungszeit-Landschaft<\/em>, welche die Faltung erm\u00f6glicht.<\/p>\n<p>Die Zelleinheiten sind durch Elemente verbunden, die von Klammern gebildet werden. Diese Klammern haben unterschiedliche St\u00e4rken und erm\u00f6glichen so die Umsetzung des zeitlichen Ablaufs der Selbstfaltung: Je dicker eine Klammer ist, desto langsamer faltet sie sich unter W\u00e4rmeeinwirkung.<\/p>\n<h3>Definition des Zeitablaufs<\/h3>\n<p>Die Vermessung der Faltgeschwindigkeit der verschiedenen Klammerst\u00e4rken lieferte die Daten f\u00fcr den Algorithmus, der den Forschenden die Definition des Zeitablaufs erm\u00f6glicht.<\/p>\n<p>Ergebnis dieser Programmierung sind d\u00fcnne, flache Gitter, die im 3D-Drucker gedruckt werden. An den Gittern wird eine vorgedehnte Membran befestigt, die den Faltungsprozess steuert.<\/p>\n<p>Die Forschenden entwickelten eine Software, mit der man die <em>Bet\u00e4tigungszeit-Landschaften<\/em> direkt auf das Zielobjekt <em>malen<\/em> kann. Wenn das Objekt zum Beispiel eine Blume ist, dann wird die Zeitabfolge der Faltung der Bl\u00fctenbl\u00e4tter durch Markierungen am Computermodell bestimmt. So werden Kollisionen vermieden.<\/p>\n<h3>Die Produktion<\/h3>\n<p>Der Verformungsprozess wird von der Software simuliert und best\u00e4tigt, bevor es zur Herstellung der Membran im 3D Drucker kommt. Anschlie\u00dfend wird das 2D-Objekt in ein 56\u00b0 Celsius warmes Wasserbad gegeben, wo das selbstfaltende Material aktiv wird. Der Vorgang ben\u00f6tigt &#8211; je nach Dicke der Klammern &#8211; zwischen 30 und 80 Sekunden. Wenn das vollendete Objekt aus dem Wasser genommen wird und trocknet, versteift es sich irreversibel und die Struktur wird belastbar.<\/p>\n<p>Der neuartige Mechanismus erzeugt stabile Strukturen, wie etwa ein Stativ f\u00fcr ein Mobiltelefon, welches das doppelte seines Eigengewichts tragen kann ohne sich zu verformen.<\/p>\n<p>Das Forschungsprojekt wurde in einer l\u00e4nder\u00fcbergreifenden Kooperation von <em>IST Austria<\/em>, dem <a href=\"https:\/\/www.caltech.edu\/\"><em>California Institute of Technology<\/em><\/a> (Caltech) und der <a href=\"https:\/\/www.urjc.es\/\"><em>Rey Juan Carlos Universit\u00e4t<\/em> <\/a>in Spanien entwickelt. Erstautor war der Doktorand <a href=\"http:\/\/pub.ist.ac.at\/~rguseino\/\">Ruslan Guseinov<\/a> aus der Gruppe Computergrafik und Digitale Fabrikation des <a href=\"https:\/\/ist.ac.at\/de\/home\/\"><em>IST Austria<\/em><\/a>. Er sieht im neuen Konzept f\u00fcr selbstfaltende Materialien einen bedeutenden Schritt in Richtung Industriedesign von Produkten, die sich dann bei Bedarf selbstst\u00e4ndig zusammensetzen k\u00f6nnen.<\/p>\n<p>Weitere Anwendungen f\u00fcr das selbstfaltende Material k\u00f6nnten in der Medizin, in der Luft- und Raumfahrt sowie im M\u00f6beldesign liegen.<\/p>\n<p><strong>Publikation<\/strong><\/p>\n<p>Ruslan Guseinov, Connor McMahan, Jes\u00fas P\u00e9rez, Chiara Daraio &amp; Bernd Bickel. 2020. Programming temporal morphing of self-actuated shells. Nature Communications. DOI:10.1038\/s41467-019-14015-2<\/p>\n<p><strong>Auch interessant:<\/strong><\/p>\n<p class=\"entry-title\"><a href=\"https:\/\/innovationorigins.com\/de\/194191-2\/\">Jacke Setae von Julia K\u00f6rner demonstriert 3D-Druck auf Stoff<\/a><\/p>\n<p class=\"entry-title\"><a href=\"https:\/\/innovationorigins.com\/de\/3d-druck-technologie-zur-natuerliche-regeneration-von-beschaedigten-knochen\/\">3D-Druck-Technologie zur nat\u00fcrlichen Regeneration von besch\u00e4digten Knochen<\/a><\/p>\n<p class=\"entry-title\"><a href=\"https:\/\/innovationorigins.com\/de\/letzter-schliff-fuer-den-3d-druck-von-kunststoff-bauteilen\/\">Den 3D-Druck von Kunststoff-Bauteilen auf Industrieniveau gebracht<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>In einem l\u00e4nder\u00fcbergreifenden Forschungsprojekt testete man erfolgreich selbstfaltende Materialien. Das Material kam 2D aus dem Drucker, und ging unter Einwirkung von Wasser und W\u00e4rme in einen selbstfaltenden Prozess \u00fcber. 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