Additive Fertigung inspiriert von der Natur
3D Druck nutzt Bionik zur Entwicklung innovativer Lösungen
Bionik lässt sich von biologischen Systemen inspirieren, um effiziente, starke und leichte Strukturen zu schaffen und hat das Potenzial die Welt der Additiven Fertigung zu revolutionieren. Von Wabenkonstruktionen bis hin zu von Geckos inspirierten Klebstoffen – der 3D Druck orientiert sich bereits heute an der Natur, um innovative Lösungen in Bereichen von der Luft- und – Raumfahrt bis zur Medizin zu entwickeln. Erfahren Sie mehr über die vielfältigen Möglichkeiten der Bionik in der Additiven Fertigung.
Was versteht man unter Bionik?
Bionik ist das Erforschen von biologischen Systemen und Prozessen mit dem Ziel, neue Technologien zu entwickeln, die diese Systeme imitieren oder verbessern. Die Bionik lässt sich von der Natur inspirieren und erfolgt häufig in Form von Biomimikry – der Nachahmung biologischer Strukturen, Systeme und Prozesse in künstlichen Systemen. Die Bionik kommt in einer Vielzahl von Bereichen zum Einsatz, darunter der Robotik, der Prothetik, dem Leichtbau oder der Luft- und Raumfahrttechnik. In diesem Zusammenhang findet die Bionik auch zunehmend in der Additiven Fertigung Anwendung.
Bionik im 3D Druck
Da bei der Additiven Fertigung Objekte Schicht für Schicht aufgebaut werden, ermöglicht die Technologie die Herstellung komplexer Geometrien, welche mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nur schwer oder gar nicht realisiert werden können. Eine der Herausforderungen ist jedoch auch für den 3D Druck die Schaffung von Strukturen, die zugleich stabil und leicht sind. An dieser Stelle kommt deshalb die Bionik ins Spiel. Indem sie sich von biologischen Systemen inspirieren lassen, sind Wissenschaftler und Ingenieure so in der Lage, innovative Lösungen für dieses Problem zu schaffen.
Wabenstrukturen zur Gewichtsreduzierung
Ein Beispiel für eine dieser innovativen Lösungen ist die Verwendung von Wabenstrukturen. In der Natur sind Wabenstrukturen eine Art zellulärer Struktur, die in vielen biologischen Systemen zu finden ist, beispielsweise in Bienenstöcken, in den Knochen von Vögeln oder den Exoskeletten von Insekten. Diese Strukturen sind zugleich stark und leicht und dadurch ideal für technische Anwendungen, bei welchen eine Gewichtsreduzierung wichtig ist. In der Additiven Fertigung können Wabenstrukturen durch 3D Druck einer Gitterstruktur erzeugt werden, wobei die Hohlräume je nach Bedarf mit Material gefüllt oder leer gelassen werden. Durch das dadurch bestehende Potenzial zur Gewichtsreduzierung kommen diese Strukturen besonders häufig in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz.
3D gedruckter Klebstoff
Ein weiteres Beispiel für Bionik in der Additiven Fertigung ist die Verwendung von Klebstoffen, die von Geckos inspiriert sind. Geckos können dank winziger Härchen an ihren Füßen, die eine schwache Anziehungskraft, die sogenannte van-der-Waals-Kraft, erzeugen, an senkrechten Flächen hochklettern und sogar kopfüber hängen. Wissenschaftler haben diese Struktur in einem 3D gedruckten Klebstoff nachgebildet, der großes Potential für Anwendungen in der Fertigungsindustrie und der Robotik bietet.
Bionische Prothesen mit verbesserter Funktionalität
Die Bionik wird auch zur Herstellung von 3D gedruckten Prothesen verwendet. Durch den Einsatz eines 3D Scanners zur Erstellung eines digitalen Modells der Gliedmaßen eines Patienten können Prothesen nach den spezifischen Bedürfnissen der Person angefertigt werden. Bionische Prothesen können zudem so gestaltet werden, dass die die Funktionalität biologischer Gliedmaßen nachahmen, beispielsweise die Fähigkeit, Objekte zu greifen und zu heben. Darüber hinaus ermöglicht der 3D Druck die Herstellung von leichten und haltbaren Prothesen, die außerdem kostengünstiger sind als bei der Produktion mit herkömmlichen Fertigungsverfahren.
Organe aus dem 3D Drucker
Im medizinischen Bereich wird die Bionik zur Herstellung von 3D gedruckten Organen und Geweben eingesetzt. Durch die Verwendung patienteneigener Zellen können Wissenschaftler Ersatzorgane und -gewebe herstellen, die biokompatibel sind und ohne das Risiko einer Abstoßung implantiert werden können. Diese Technologie hat das Potenzial, den Bereich der Organtransplantation zu revolutionieren, da die Patienten nicht mehr auf ein geeignetes Spenderorgan warten müssen. Einen ausführlichen Überblick über weitere Anwendungsmöglichkeiten des 3D Drucks in der Gesundheitsbranche finden Sie auch in unserem Blog.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Bionik ein aufstrebender Bereich ist, der das Potenzial hat, die Additive Fertigung zu revolutionieren. Indem sie sich von biologischen Systemen inspirieren lassen, sind Ingenieure und Wissenschaftler in der Lage, Strukturen zu schaffen, die stärker, leichter und anpassungsfähiger sind als dies mit herkömmlichen Fertigungsverfahren erreicht werden kann. Da sich dieser Bereich außerdem ständig weiterentwickelt, kann hier in den kommenden Jahren mit weiteren spannenden Entwicklungen gerechnet werden.