Filigrane Natur als Vorbild für den Flugzeugbau

Die Victoria-Seerose ist eine zierliche aber auch starke Pflanze: Dieses Baby trägt sie mit Leichtigkeit. Große Exemplare können sogar einen Erwachsenen tragen. Aber wie schaffen die grazilen Pflanzen das?

Wie das möglich ist, versucht hier ein Luftfahrt-Ingenieur von Airbus herauszufinden. Zunächst scannt er die filigrane Struktur der Victoria-Seerose mit einem 3D-Scanner ab. Anschließend gibt er die Daten in einen Computer ein.

Am Computer lassen sich Modelle aus der Natur gut darstellen. Das Nachahmen solcher Vorbilder in Design und Konstruktion nennt sich Bionik. Dieses Beispiel stammt vom Alfred-Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung. Hier errechnet der Computer, wie eine tragende Netzstruktur am besten gebaut sein muss, um Lasten an zwei festgelegten Punkten zu tragen.

So ähnlich macht es auch die Seerose. Die Stege sind dort dicker und dichter angeordnet, wo große Belastungen auftreten. Dort, wo weniger Druck oder Masse auf die Oberfläche der Seerose wirkt, werden die Abstände größer und die Stege schmaler und niedriger.

Und das kommt dabei heraus: Ein Flugzeug-Spoiler, den Airbus unter Anwendung des Seerosen-Modells entworfen und dann durch selektives Laserschmelzen ausgedruckt hat. Es ist eine ultraleichte - aber hochstabile - Metallkonstruktion, die so mit anderen Herstellungsverfahren gar nicht möglich gewesen wäre.

Peter Sander hat den 3D-Druck bei Airbus in Hamburg vorangetrieben. Der Seerosen-Spoiler ist nur eins von vielen Projekten, die er dort mit dem Laserzentrum Nord - einer universitätsnahen Produktionsgesellschaft - umgesetzt hat. Seit 2016 betreibt Airbus die Serienfertigung mit eigenen 3D-Druckern.

Auch dieses Vorbild für bionischen Leichtbau stammt vom Alfred-Wegener-Institut. Es ist die mikroskopische Aufnahme einer Kieselalge. Die Skelette der Kleinstorganismen müssen extrem hohen Belastungen standhalten. Daher schützen sie sich seit Beginn der Evolution durch die Nutzung von Konstruktionsprinzipien, die gewaltige Lasten tragen können.

Forscher des Instituts haben nach dem Vorbild solche Wabenstrukturen geschaffen, die sich in der Praxis für viele Bereiche des Leichtbaus eignen, etwa für Flugzeuge oder Automobile. Auch diese Trägerplatten wurden mit 3D-Druckern ausgedruckt, allerdings nicht aus Metall, sondern aus Kunststoff.

Hier wurde ein ganzes Flugzeug nach bionischen Prinzipien entworfen. Das Gehäuse sieht aus als sei es wie ein Baum gewachsen. Diese Studie von Airbus ist noch weit von der Umsetzung entfernt. Es wird also sicher noch einige Jahrzehnte dauern, bis wir diesen Ausblick genießen können.

Die Metalldrucker, die bei Airbus in Betrieb sind, können nur verhältnismäßig kleine Teile ausdrucken - bis zu etwa einem Meter Kantenlänge. Ganze Flugzeuge, so wie hier, wird es so schnell nicht aus dem Drucker geben. Aber auch kleine Teile bringen erhebliche Gewichtseinsparungen - und damit verbrauchen die Flieger der Zukunft deutlich weniger Sprit.