{"id":22230,"date":"2019-12-30T00:01:52","date_gmt":"2019-12-29T23:01:52","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=22230"},"modified":"2019-12-19T16:50:47","modified_gmt":"2019-12-19T15:50:47","slug":"untersuchung-der-struktur-von-knochen-um-die-festigkeit-des-3d-drucks-zu-erhoehen-301220191","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/untersuchung-der-struktur-von-knochen-um-die-festigkeit-des-3d-drucks-zu-erhoehen-301220191\/","title":{"rendered":"Untersuchung der Struktur von Knochen, um die Festigkeit des 3D-Drucks zu erh\u00f6hen"},"content":{"rendered":"

Wissenschaftler an den Universit\u00e4ten Cornell, Purdue und Case Western Reserve haben sich vom menschlichen Knochen inspirieren lassen, um haltbarere 3D-Druckstrukturen zu schaffen. Diese Entwicklung k\u00f6nnte der Bauindustrie<\/a> helfen, Strukturen zu entwerfen, die schwere Lasten tragen k\u00f6nnen, so wie unsere Knochen \u00fcber unsere gesamte Lebensdauer hinweg konstanten Belastungen standhalten, ohne zu brechen. Die Forscher haben daher den menschlichen Knochen, der aus verschiedenen Trabekel (sehr feine F\u00e4den, die eine schwammartige, mit einem Balken vergleichbare Form bilden) besteht, nachgeahmt, um eine 3D-Struktur zu drucken. Sie stellten fest, dass durch die Erh\u00f6hung der Dicke der Trabekel eine 100-fache Lebensdauer des Materials erreicht werden kann. Die Teams haben ihre Ergebnisse schnell auf die Bauindustrie \u00fcbertragen.<\/p>\n

Additive Fertigung ist manchmal von der Natur, ihren Bewegungen und Reaktionen inspiriert: Letztendlich ist es mit der Biomimetik recht verwandt und kann bestimmte Funktionen von lebenden Organismen reproduzieren. Das wollten die Forscher, die am Anfang dieses Projekts standen, verstehen, indem sie die Verbindung zwischen der Struktur eines Knochens und der eines Geb\u00e4udes dank des 3D-Drucks begriffen haben. Es stellt sich heraus, dass sie beide aus horizontalen und vertikalen Gliedern bestehen, die sich gegenseitig kreuzen, \u00e4hnlich wie S\u00e4ulen oder Abstandshalter. Pablo Zavattieri, Professor an der Purdue-Universit\u00e4t, erkl\u00e4rt: „Knochen sind wie ein Geb\u00e4ude. Sie haben St\u00fctzen, die die meisten Lasten tragen und Tr\u00e4ger, die diese St\u00fctzen verbinden. Wir k\u00f6nnen daraus lernen, um st\u00e4rkere 3D-Druckmaterialien f\u00fcr Geb\u00e4ude oder sogar andere Strukturen zu erstellen“.<\/em> Deshalb haben die Forscher die Natur studiert, um ein st\u00e4rkeres Material zu schaffen, ideal f\u00fcr die Bauindustrie. Dank des 3D-Drucks konnten sie ihre Ergebnisse leicht testen.<\/p>\n

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Quelle: Purdue University photo\/Pablo Zavattieri<\/p><\/div>\n

Die Forscher fanden heraus, dass das k\u00fcnstliche Material bis zu 100 Mal l\u00e4nger halten konnte, wenn sie den Balken, aus dem die Knochen bestehen, nachahmten und ihn etwa 30% dicker machten. Die Knochen erhalten ihre Haltbarkeit durch die Trabekel: je dichter sie sind, desto st\u00e4rker wird der Knochen, was sich mit dem Alter des Menschen ver\u00e4ndert. Dies gilt insbesondere bei vielen horizontalen Streben: Sie sind diejenigen, die die Festigkeit des Knochens erh\u00f6hen. Hernandez, Professor f\u00fcr Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt und biomedizinische Technik an der Cornell Universit\u00e4t, f\u00fcgt hinzu: „Mit zunehmendem Alter verlieren die Menschen zuerst diese Horizontalspange, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass der Knochen unter mehrfacher zyklischer Belastung bricht.“<\/em><\/p>

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Hier w\u00e4re es interessant, dieses Wissen auf die Architektur anzuwenden, beispielsweise durch die Verst\u00e4rkung von Geb\u00e4uden im Falle von Naturkatastrophen. Das Labor von Pablo Zavattieri testete seine Forschungsergebnisse durch den Druck von 3D-Polymeren in Form von trabekulatartigen Architekturen. Simulationen ergaben, dass die Lebensdauer des Polymers unter Belastung um so h\u00f6her ist, je dicker die horizontalen Abstandhalter sind. Adwait Trikanad, Mitautor der Arbeit, sagt: „Als wir Simulationen der Knochenmikrostruktur unter zyklischer Belastung durchf\u00fchrten, konnten wir sehen, dass die Spannungen in diesen horizontalen Streben konzentriert waren, und durch die Erh\u00f6hung der Dicke der horizontalen Streben konnten wir einige der beobachteten Spannungen vermindern.“<\/em><\/p>\n