Imitierte Knochenstrukturen

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (Ifam) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich besonders stabile Leichtbauteile herstellen lassen. Diese könnten im Automobilbau und sogar als Knochenimplantate zum Einsatz kommen. Basis der Technik ist eine Simulationssoftware, die exakt berechnet, welche innere Struktur ein Bauteil haben muss, um für eine bestimmte Anwendung optimal ausgelegt zu sein. Dabei wird ein Werkstück virtuell in unzählige winzige Quader zerlegt und das Programm berechnet für jeden die optimale Festigkeit. Dafür haben die Wissenschaftler bei der Natur abgeschaut: Sie imitieren die Struktur von Knochen. Diese ist unter einer harten Aussenschicht porös mit ungleich grossen Löchern. Dort wo die Knochen punktuell stärker belastet werden, ist die Porengrösse sehr klein, bei flächig belasteten Stellen sind die Löcher wesentlich grösser.

Ihr Verfahren wenden die Tüftler jetzt für die Gestaltung von Bauteilen aus Metallschaum an. Mit herkömmlichen Fertigungstechniken lassen sich bei den Metallschäumen allerdings keine Dichteunterschiede erzeugen. Dieses Problem haben die Ifam-Forscher mit einer Methode namens Rapid Prototyping gelöst. Dabei schmilzt ein Laserstrahl das Metallpulver nur dort auf, wo die Stege der Poren zu liegen kommen sollen. Das übriggebliebene Pulver wird entfernt. So entsteht Schicht für Schicht ein offen-poriges Material, das an jeder Stelle die zuvor berechnete optimale Dichte aufweist.