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pte20200115020 Forschung/Entwicklung, Auto/Verkehr

MIT-Technik ermöglicht billige Flugzeugteile

Kohlenstoffnanoröhrchen ersetzen riesige Öfen und Autoklaven und senken Investitionsaufwand


Projektmitarbeiter Jeonyoon Lee vom MIT (Foto: mit.edu, Melanie Gonick)
Projektmitarbeiter Jeonyoon Lee vom MIT (Foto: mit.edu, Melanie Gonick)

Cambridge (pte020/15.01.2020/12:30) - Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://mit.edu haben eine neue Methode zur schnelleren und günstigeren Herstellung hochqualitativer Kompositmaterialien entwickelt, die beispielsweise im Flugzeugbau verwendet werden. Bauteile wie Rumpf oder Flügel bestehen nämlich aus vielen verschiedenen Verbundwerkstoffen, die erst in riesigen Öfen und Autoklaven zusammenwachsen und aushärten. Die einzelnen Materialschichten werden mit dünnen Filmen aus Kohlenstoffnanoröhrchen überzogen und diese einer elektrischen Spannung ausgesetzt.

Große Infrastruktur überflüssig

"Wenn man wichtige strukturelle Bauteile wie den Flugzeugrumpf oder einen Flügel bauen möchte, muss man zunächst einmal einen Druckbehälter - auch Autoklav genannt - in der Größe eines zwei- bis dreistöckigen Gebäudes errichten. Das benötigt nicht nur viel Zeit, sondern auch viel Geld", so MIT-Professor Brian Wardle. Infrastruktur-Investitionen könnten schon bald überflüssig werden. "Unsere Technik erlaubt es, Teile für den Flugzeugbau in entsprechender Qualität zu produzieren, ohne auf einen Autoklav zurückgreifen zu müssen."

Möglich wird das durch die "Out-of-Autoclave"-Technik. "Die meisten dieser Ansätze haben das Problem, dass sie Kompositwerkstoffe produzieren, bei denen fast ein Prozent des Materials Fehlerstellen aufweist. Das kann die Robustheit und Lebensdauer der Bauteile kompromittieren", schildert Wardle. Bei der nun vorgestellten Methode sei das aber nicht mehr der Fall. "Unsere Verbundstoffe sind genauso robust und fehlerfrei wie die besten Bauteile, die per Autoklav hergestellt werden", erklärt MIT-Experte Wardle.

Hitze lässt Schichten verschmelzen

Bei dem MIT-Ansatz müssen die verschiedenen Schichten der komplexen Kompositmaterialien nicht mehr in einen Ofen und Druckbehälter gesteckt werden, um zusammenzuwachsen und auszuhärten. Stattdessen werden sie einzeln mit einem ultradrünnen Film aus Kohlenstoffnanoröhrchen überzogen. Sobald dieser einer elektronischen Spannung ausgesetzt wird, wird Hitze generiert, was wiederum dafür sorgt, dass die verschiedenen Lagen zu einem äußerst robusten Bauteil verschmelzen.

Um die hohe Qualität der auf diese Weise produzierten Werkstoffe zu beweisen, mussten sie eine Reihe von Härte- und Stresstests bestehen. Laut Wardle zeigten sich dabei "keine gravierenden Unterschiede" zu klassischen Autoklav-Materialien. Bislang haben er und sein Team allerdings lediglich Bauteile in der Größe von wenigen Zentimetern angefertigt und getestet. "Für den Bau von größeren Teilen müssen wir erst einen Weg finden, Nanofilme in viel größerem Maßstab herzustellen", räumt der Forscher abschließend ein.

(Ende)
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