Bienenstöcke als Inspiration für die additive Fertigung
Was können wir von Bienen über die additive Fertigung lernen? Viel mehr, als wir uns vorstellen können, wie es scheint. Eine aktuelle Studie der Purdue University zeigt, wie eine Spezies stachelloser Bienen in Australien durch ihre einzigartige Art, ihre Bienenstöcke zu bauen, den Schlüssel zu neuen Möglichkeiten der Gestaltung von Materialien und der Schaffung von Strukturen für die additive Fertigung liefern könnte.
Im Gegensatz zu den typischen flachen, sechseckigen Waben, die von gewöhnlichen Honigbienen gebaut werden, bauen die stachellosen australischen Bienen ihre Waben spiralförmig nach oben, mit Scheiben als Fundament. Dies ähnelt der Struktur eines Parkhauses, wie Professor Nikhilesh Chawla, Leiter der Studie, beschreibt. Diese Konstruktion erleichtert ihnen den Zugang zu bestimmten Teilen des Bienenstocks für Reparaturen und bietet ihnen eine Basis, die die Temperatur aufrechterhält. Die Forscher glauben, dass die Nachbildung dieser Konzepte in der additiven Fertigung zu leichteren, anpassungsfähigeren und nachhaltigeren Strukturen führen könnte. Obwohl sie die Struktur eines Bienenstocks noch nicht mit 3D-Druck nachgebildet haben, ist die Beobachtung überzeugend.
Die Bienenstöcke werden mit einem 3D-Röntgenmikroskop untersucht, um sie nicht zu beschädigen.
Um die Bienenstöcke zu analysieren, ohne sie zu beschädigen, verwendet das Purdue-Team 3D-Röntgenmikroskopie in Kombination mit Zeitraffer, eine Technik, die als 4D-Bildgebung bekannt ist. So konnten sie beobachten, wie sich die Mikrostruktur des Bienenstocks im Laufe der Zeit entwickelte. In einer früheren Forschungsarbeit aus dem Jahr 2022 untersuchten Chawla und sein Team mit dieser Technik die Waben von Bienen in den USA und entdeckten ein gewelltes „Rückgrat“, aus dem sich die sechseckigen Zellen entwickeln. Die damaligen Beobachtungen zeigten, dass die Strukturen als Inspiration für neue Designstrategien für 3D-gedruckte Strukturen dienen könnten, insbesondere für Anwendungen, bei denen Materialeinsparungen eine wichtige Rolle spielen.
Bei der Untersuchung von Bienenstöcken, die aus Australien mitgebracht wurden, hat Dr. Chawla festgestellt, wie erstaunlich die Scheiben der australischen Art sind. Die Waben sind durch strategisch verteilte vertikale Säulen miteinander verbunden. Außerdem entdeckten sie, dass die Säulen überhaupt nicht fest sind, sodass sich die Bienen darin bewegen und sogar Reparaturen von innen vornehmen können.
Bienen als Materialwissenschaftler?
Stachellose Bienen sind nicht auf die Verwendung von Wachs beschränkt. Nicole Balog, Studentin der Werkstofftechnik an der Purdue-Universität, berichtet, dass diese Insekten Baumharz sammeln und es mit ihrem Wachs vermischen, um ihre Bienenstöcke zu bauen. Dies wirft Fragen für die Materialwissenschaft auf, z. B. wie viel Harz sie einbauen, ob es je nach Jahreszeit oder Umgebung variiert und wie sich diese Anteile auf die mechanischen Eigenschaften der Waben auswirken. Andererseits bietet die Art und Weise, wie Bienen ihr Heim bauen, pflegen und umgestalten, wertvolle Erkenntnisse. So wird beispielsweise nach der Geburt einer Brut die Zelle, in der sie sich befand, abgebaut und wiederverwendet, was auf eine Wiederverwendung von Material hindeutet.
Werkstoffingenieur Nikhilesh Chawla und Doktorandin Nicole Balog bereiten den Bienenstock für die Untersuchung vor.
Chawlas Arbeit, die er in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Purdue und der Universität von Sydney durchführt, ist eine Konvergenz von Biologie und Technik. Die Idee ist, nicht einfach natürliche Formen zu kopieren, sondern die Prinzipien hinter ihrer Effizienz zu verstehen. Die Forscher glauben, dass die Technik von den stachellosen Bienen Australiens lernen kann, wie man besser baut. Der Schlüssel liegt darin, sie genau zu beobachten und ihre natürliche Weisheit in neue technische Lösungen umzusetzen. Weitere Informationen über die Studie finden Sie HIER.
Was halten Sie vom Vorbild Bienenstock für die additive Fertigung? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.
*Bildnachweise: Purdue University photo/John Underwood
