Forschungsprojekt MOAMMM

Im Projekt MOAMMM^*, öffentlich gefördert durch die EU, werden Multi-Scale Simulationsverfahren entwickelt, um 3D-gedruckte „Lattice“ Strukturen zu optimieren. Die graue Theorie sollte einem Realitätscheck unterzogen werden, es folgte eine projektinterne Egg Drop Challenge. Ziel war es, eine möglichst effektive und additiv gefertigte Meta-Material Struktur zu entwerfen, um ein Ei vor dem Bruch aus 2 Meter freiem Fall zu bewahren. Das Ei ist hier als Platzhalter für einen Kopf und die spätere Entwicklung eines Multi-Scale optimierten Fahrradhelms zu sehen. Aus diesem Grund wurde der Wettbewerb in vielerlei Hinsicht analog zu einem Helm-Fall Test aufgebaut. Mit Hilfe von High-Speed Kamera-Aufnahmen wurden die Tests analysiert und bewertet. Schon jetzt ist klar, dass die praktischen Versuche entscheidend zum besseren Verständnis der komplexen Strukturen beigetragen haben und eine wichtige Entscheidungshilfe auf dem Weg zu optimierten Meta-Material Strukturen darstellen.

Das SLS-Verfahren wird auf Grund von geometrischen Freiheiten immer mehr für Funktionsbauteile eingesetzt. Dabei sind insbesondere Gitterstrukturen besonders interessant, da die Designfreiheiten der additiven Fertigung maximal genutzt werden, um mechanisch optimierte Strukturen „unkompliziert“ und ohne Werkzeug herzustellen.



Abbildung 1: Schockabsorbierende Mikrostrukturen

Die von der cirp GmbH gedruckten Mikrostrukturen (siehe Abbildung 1) haben die Projektpartner aus Madrid mechanisch untersucht. Die cirp GmbH besitzt acht EOS Sinteranlagen. Für die schockabsorbierenden Lattice Strukturen wurden die Materialien PA2200 (PA12) und EOS TPU 1301 verwendet. Um die Ergebnisse optimal darzustellen, hat die cirp einen Eierfalltest entwickelt und aufgebaut. Die internationalen Projektpartner haben eigene Strukturen mit den vorgegebenen Richtlinien entwickelt. Diese wurden auf den Anlagen der cirp GmbH gebaut und nach Madrid mitgenommen. Die frischen Eier wurden auf die jeweiligen Strukturen eingebaut und aus einer Fallhöhe von 2 Metern fallen gelassen. Überlebt das Ei, gewinnt die Struktur.



Abbildung 2: Eierfalltest – Negativbeispiel

Abbildung 2, welche mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet wurde, zeigt ein Negativbeispiel. Die Struktur weist eine geringe Dämpfung auf, wodurch die Kräfte auf das Ei einwirken. Das Ei geht kaputt und die Struktur verliert.



Abbildung 3: Eierfalltest - Gewinner

Abbildung 3 zeigt dagegen ein positives Beispiel. Die Struktur erfährt eine große Beschädigung. Daraus ableitend werden die Kräfte, die durch den Fall entstanden sind, in der Struktur absorbiert. Das Ei bleibt verschont und wir haben einen Gewinner! Hinter dieser schockabsorbierenden Struktur, die bei diesem Contest gewonnen hat, steckt sehr viel Arbeit: Diverse Prüfkörper wurden untersucht und charakterisiert. Alle Projektpartner IMDEA Materials, Universität Linz (JKU), Université de Liege (ULIEGE), Université catholique de Louvain (UCL) sowie die cirp GmbH haben mitgewirkt, um diese Struktur additiv zu fertigen. Dahinter stecken viele Arbeitsstunden für Design, Prozessbeherrschung, Charakterisierung, Simulation und dem Fertigungsprozess. Die vereinfachte Darstellung durch den Eierfalltest zeigt uns, dass die Nutzung additiv gefertigter Lattice Strukturen für Produktrevolutionen sorgen, Fertigungsprozesse vereinfachen und dem breiten Konsumentenmarkt zugänglich gemacht werden kann.

Von der Erweiterung dieses Anwendungsbereichs profitieren nicht nur die typischen Anwender, sondern auch der Osterhase, wenn die Eier mal eine Crashlandung hinlegen sollten.

^* das Projekt MOAMMM wird im Rahmen von dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 862015 finanziert.