Forschende der James Cook University in Australien haben ein neues 3D-Druck-Material entwickelt, welches die Luft-und Raumfahrt grundlegend verändern könnte. Hierbei handelt es sich um eine 3D-gedruckte, dehnbare Keramikmischung, welche auch nach hoher Strapazierung nicht spröde wird oder gar an Flexibilität verliert. Diese Eigenschaften machen es nun möglich, Geschwindigkeiten über Mach 5 zu erreichen, so die Forscherin der James Cook University Dr. Elsa Antunes – ein großer Schritt für die Luft-und Raumfahrt.
Der Hypersonic Geschwindigkeit, so der Name für Geschwindigkeiten über Mach 5 oder knapp 6.174 km/h, steht theoretisch also nichts mehr im Wege. Zur Einordnung: Mach 5 beschreibt Objekte, die die fünffache Schallgeschwindigkeit erreichen. Ein Flug von z.B. New York nach London würde statt sieben Stunden nur noch eine Stunde brauchen. Dies führt natürlich zu extremen technischen Herausforderungen, wie etwa der Hitze, die bei solchen Geschwindigkeiten entsteht, dem Luftwiderstand, sowie der effektiven Treibstoffnutzung für Fahrzeuge. Trotz dieser Herausforderungen befinden sich mehrere Nationen der Welt in einem Rennen, um Mach 5 Flugzeuge und Objekte für Militär und kommerzielle Zwecke zu eigen zu machen.
Der einst schnellste Jet der Welt wurde vom US-Amerikanischen Unternehmen Lockheed Martin entwickelt und erreicht Geschwindigkeiten von Mach 3.3. Lockheed Martin setzte mit seinem „Blackbird“ (Berichte zum ersten Flug des Blackbird finden Sie im obigen Video) neue Standards und gilt auch heute noch als ein Pionier der Luft-und Raumfahrt. Aus diesem Grund ging die James Cook University eine Kooperation mit dem Industriegiganten ein – zusammen testen die Partner nun das Material auf verschiedene Eigenschaften.
Doch genaueres zum Material: Durch eine Kombination von verschiedenen Technologien schaffte es das Team der James Cook University, komplexe Keramikstrukturen herzustellen, welche zugleich flexibel biegbar, aber auch extrem hitzebeständig sind. Perfekt also, für die unvorstellbaren Geschwindigkeiten von Mach 5 und den resultierenden Hitzeansprüchen an in Flugzeugen verbauten Bauteilen. Keramik wird in der Luftfahrt aufgrund seiner Eigenschaft, hohen Temperaturen standzuhalten, schon lange genutzt, ist aber traditionell eher zerbrechlich. Die neue Keramikmischung der Universität verspricht daher einen revolutionären Durchbruch. Flexible Keramikstrukturen sind zwar keine Neuigkeit, doch kein anderer Hersteller schaffte es, ein gleichzeitig so strapazierfähiges Material zu entwickeln. Mehr als 10.000 Zyklen hielt die Keramikmischung in jüngsten Tests aus. Das Projekt widmet sich nun weiteren Proben – potentielle Flugzeugbauteile werden 3D-gedruckt und umfangreichen Temperatur- und Haltbarkeitstests ausgesetzt.
Dr. Antunes zeigt ein Bauteil hergestellt aus der biegbaren Keramikmischung (Bild: JCU)
Doch nicht nur die Schnelligkeit des Endproduktes ist zu erwähnen, auch die Produktionsgeschwindigkeit ist mit dem neu entwickelten Material weitaus schneller als mit herkömmlichen Verbundstoffen. Die Herstellung von Bauteilen mit herkömmlichen Verbundstoffen beläuft sich auf mindestens einen Monat. Die Keramikmischung der James Cook University verspricht jedoch eine Fertigungszeit von sieben Tagen, nicht zuletzt durch die Nutzung von additiven Technologien. So Dr. Antunes „Mit der additiven Fertigung ist es uns möglich, Bauteile herzustellen, die in verschiedenen Bereichen unterschiedlich dick sind. Man kann poröse und komplexe Strukturen schaffen, die je nach Anwendung das Wärmemanagement verbessern können“
So können z.B. Flügel hergestellt werden, die selbst bei extrem hohen Geschwindigkeiten nicht zerbrechen. Die additive Fertigung bereitet also bahnbrechende neue Wege, um verschiedene Branchen zu revolutionieren. Wie am Beispiel der Luft-und Raumfahrt zu sehen, ermöglicht sie uns, lang erträumte theoretische Modelle endlich in die Tat umzusetzen. Mehr Informationen finden Sie HIER.
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*Titelbildverweis: Hermeus