Einer Studentengruppe inklusive eines Doktoranden der ETH Zürich und der Züricher Hochschule der Künste (ZHdK) gelang es mithilfe von 3D-Druck einen Campingkocher zu entwickeln, der selbst bei Wind und Wetter eingesetzt werden kann. Wie das funktioniert? Der mobile Miniherd trägt die Kochflamme in seinem Inneren.
Präzises Design
Weil der Kocher seine -im wahrsten Sinne des Wortes- Feuerprobe auf einem verschneiten Gipfel mit stürmischen Wind überstand, wurde er von der Forschergruppe „Peakboil“ benannt. Das an eine Gugelhupfform erinnernde Kochgefäß umschliesst einen Gasbrenner und schirmt diesen vom Wind ab. Zudem spart man mit dem Peakboil einiges an Energie, denn die Wand des Gasbrenners ist ähnlich einer Zitruspresse gewellt, wodurch die Kontaktfläche zwischen Flamme und Kocher erhöht wird. Darüber hinaus wurde die Wand dünn gehalten, damit eine optimale Wärmeübertragung erzielt werden kann.
Im Innern des Brenners steckt ebenfalls viel Ingenieur-Expertise: Bei den Gasdüsen handelt es sich um sogenannte Venturi-Düsen. Julian Ferchow, Projektleiter und Doktorand in der Gruppe von ETH-Professor Mirko Meboldt:
„Durch ihre Geometrie entsteht ein lokaler Unterdruck. Dadurch wird der Luftzug erhöht, was die Qualität der Flamme verbessert und die Effizienz weiter erhöht.“
Fertigung durch SLM
Das Design von Peakboil war nur dank additiver Fertigungsweise möglich. Mittels Selektivem Laserschmelzverfahren (SLM) stellten Ferchow und seine Kollegen den Gaskocher Schicht für Schicht aus Edelstahl her. Bei dieser Technik wird eine Schicht feinen Metallpulvers auf eine Grundplatte aufgetragen. Mit einem computergesteuerten Laserstrahl wird dieses selektiv punktgenau geschmolzen. Wenn das geschmolzene Metall anschliessend erstarrt, bindet es an die Grundplatte. Anschliessend wird die nächste Schicht Metallpulver aufgetragen und lokal geschmolzen. So entstehen von unten nach oben in Schichten von jeweils einem Dreissigstel Millimeter komplexe Objekte. Ferchow:
„Diese Technik lässt uns sehr viele Designfreiheiten, welche konventionelle Herstellungsverfahren nicht bieten. Mittels Metallguss beispielsweise wäre es niemals möglich, so dünne Kanäle herzustellen, wie wir sie im Innern unseres Gasbrenners haben.“
Von der 3D Pioneers Challenge ausgezeichnet
Peakboil wurde unlängst von einer international besetzten Fachjury aus Designexperten und Ingenieuren im Rahmen der „3D Pioneers Challenge“ in der Kategorie Design ausgezeichnet. Dieser vom Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft ausgerichtete Wettbewerb ist nach Angaben der Organisatoren eine der am höchsten dotierten Auszeichnungen im Bereich Innovation im 3D-Druck.
Ferchow:
„Die Jury hatte unsere Idee eines ressourcenschonenden Brenners honoriert, auch im Hinblick darauf, dass die von uns realisierte Outdoor-Anwendung als Beispiel dienen kann für industrielle Anwendungen der additiven Fertigung, wo ein grosses Potenzial liegt. Peakboil dient als Demonstrationsobjekt, mit dem wir Unternehmen zeigen können, was mit additiver Fertigungstechnik alles möglich ist und worauf man bei der Konstruktion besonders achten muss.“
Ausblick
Weiterentwicklungen von Peakboil wären beispielsweise ein Gas-Durchlauferhitzer zur Warmwasserbereitung oder gar eine Gasturbine. Zunächst aber möchten Ferchow und seine Kollegen bei ihrem Gaskocher bleiben und ihn im Design and Technlology Lab noch verbessern, wozu sie ihr Preisgeld verwenden werden. Ferchow:
„Ich könnte mir vorstellen, die Effizienz des Brenners durch eine Optimierung der Gas- und Luftströme noch weiter zu steigern. Auch hoffen wir, Industriepartner zu finden, die gemeinsam mit uns das Produkt weiterentwickeln.“
Quelle: ETH Zürich
