Bionik

Bionik

 

Aufgrund der Millionen Jahre voranschreitenden Evolution ist Mutter Natur der Technik in Sachen Optimierung weit voraus. Die Verwendung von biologischen Strukturen und Prozessen für technische Anwendungen wird Bionik genannt und findet großen Andrang in Industriebereichen wie der Automobilindustrie, Luftfahrt und Medizintechnik. Durch den 3D-Druck und optimierte Software ist es mittlerweile leichter möglich, diese komplexen und vielfältigen biologischen Strukturen in Bauteile zu integrieren und anschließend herzustellen. 

Die Verwendung bionischer Konstruktionen findet vor allem im Leichtbau Anwendung. Dort kann durch entsprechende Adaption von biologischen Strukturen hohe Ersparnisse an Materialien erreicht werden. Dies hat zum einen den Grund, dass weniger Material durch die bionische Anwendung verwendet werden muss, zum anderen wird aber auch durch die Herstellung mittels 3D-Druck kaum Produktionsabfall produziert. 

Für die Herstellung eines bionischen Bauteils muss die Konstruktion losgelöst von den klassischen Konstruktionsregeln betrachtet werden. Das technische Problem wird in Bezug auf seine Funktion und der daraus resultierenden Randbedingungen betrachtet, um anschließend ein Screening hinsichtlich passender biomimetischer Funktionen aus vergleichbaren Strukturen der Natur durchzuführen. Dies erfolgt idealerweise in einer Datenbank. Damit kann die Verwendung der Lösungen generell und multifunktional angewendet werden. Ist eine passende Struktur gefunden, wird diese auf das benötigte Bauteil angepasst und die Topologie des Bauteils anhand der Randbedingungen optimiert. Das optimierte Bauteil kann anschließend noch nach Wunsch korrigiert werden, bevor es via Additive Manufacturing produziert wird. Diese Schritte erfolgen optimalerweise alle in einer Software (z.B. Solid Edge ST10 oder NX von Siemens PLM Software.) 

Bioprinting - Nachbildung organischer Strukturen für die Medizintechnik und Nahrungsmittelindustrie

 

Ein weiterer Ansatz ist das Bioprinting, bei dem organische Strukturen nachgebildet werden. Anwendungsmöglichkeiten sind hier vor allem in der Medizintechnik und Nahrungsmittelindustrie zu finden. Organe könnten mit den entsprechenden Zellen nachgebaut werden und theoretisch das Problem des Mangels an Spenderorganen lösen. Eine weitere Variante wäre Fleischprodukte mit entsprechenden Zellen durch den 3D-Druck zu produzieren. Dies würde vor allem Massentierhaltung überflüssig machen, allerdings tritt die berechtigte Frage auf, ob der Konsument dafür zu begeistern ist.  

Die Adaption biologischer Strukturen für technische Bauteile bietet somit eine sehr gute Alternative, bestehende oder neu zu entwickelte Bauteile direkt, materialsparend und unter Erhalt der Festigkeit zu konstruieren. Die Kombination mit additiven Manufacturing Verfahren ermöglicht zudem, diese Bauteile direkt herzustellen. Hier besteht der Vorteil, dass keine teuren Spritzgussformen angefertigt werden müssen und komplexe Strukturen problemlos im Bauteil enthalten sein können. Des Weiteren ist es möglich, die Bauteile direkt nach Abschluss der Konstruktion in einem 3D-Drucker zu produzieren.