Forscher nutzen 3D-Druck zur Verbesserung von Energiematerialien
Am Purdue Energetics Research Center untersucht eine Gruppe von Forschern neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistung von Energiematerialien durch 3D-Druck. Zu diesen Materialien, die bei bestimmten Reaktionen erhebliche Energie freisetzen können, gehören Sprengstoffe, Antriebssysteme und pyrotechnische Geräte. Sie finden vor allem in Bereichen wie Verteidigung und Luft- und Raumfahrt Anwendung.
Unter der Leitung von Diane Collard, einer Forscherin des Zentrums, zielt die Arbeit darauf ab, Energiematerialien sicherer, effizienter und auf spezifische Bedürfnisse zugeschnitten zu machen. Eine individuelle Anpassung ist unerlässlich, da Eigenschaften wie Leistung, Empfindlichkeit, Brenngeschwindigkeit und Energiefreisetzung je nach Kontext und Anwendung variieren. Aber warum kann die additive Fertigung eine Lösung für diese Materialien sein? Dies werden wir im Folgenden erklären.
Individuelle Anpassung von energetischen Materialien mit 3D-Druck
Diane Collard leitet ein Projekt zur Optimierung der Kraft von Explosionen durch reaktive Umhüllungen von energetischen Materialien mit unterschiedlichen inneren Strukturen. Diese Materialien, die in Zusammenarbeit mit dem Air Force Research Laboratory (AFRL) entwickelt wurden, nutzen 3D-Drucktechniken, um mehrere Materialien in einem einzigen Schritt zu kombinieren. Ermöglichen tut der Ansatz einzigartige Konfigurationen, mit denen das Verhalten der Energiematerialien verändert werden kann, sei es in Bezug auf ihre Fragmentierung oder die Art und Weise, wie sie Energie freisetzen. Diane Collard erklärt: „Bevor ich zum Team kam, habe ich mich hauptsächlich mit Treibladungen und Pyrotechnik beschäftigt, aber jetzt kann ich an Projekten für Sprengstoffe und Batterien arbeiten. Die additive Fertigung ermöglicht es, diese Materialien an die jeweiligen Bedürfnisse anzupassen. Im Gegensatz zur traditionellen Fertigung, die eher für die Massenproduktion geeignet ist, bietet der 3D-Druck eine einzigartige Flexibilität, um präzise Anforderungen zu erfüllen.“
Kelsea Miller, Forschungsingenieurin für Mechanik am AFRL und Mitarbeiterin von Diane Collard, beschäftigt sich mit der Entwicklung von energetischen Materialien mit variablen Eigenschaften, den so genannten funktionalen Gradientenmaterialien. Sie glaubt, dass die Arbeit von Collard das AFRL in die Lage versetzen wird, eine effektive Methode für die Entwicklung und Herstellung dieser Materialien in großem Maßstab zu entwickeln. Auch wenn wir die verschiedenen 3D-Drucktechnologien, die zur Verbesserung dieser Materialien eingesetzt werden, nicht kennen, ist klar, dass die additive Fertigung eine Schlüsselrolle bei der Anpassung und Optimierung der Eigenschaften dieser Rohstoffe spielt. Dadurch kann ihre Leistung auf die spezifischen Bedürfnisse jeder Anwendung zugeschnitten werden.
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*Titelbildnachweis: Purdue University
