3D bosilgan titan tuzilmasi g'ayritabiiy kuchni ko'rsatadi

Tabiatda yoki ishlab chiqarishda odatda uchramaydigan og'irlik darajasi bilan maqtanadigan 3D bosma "metamaterial" tibbiy implantlardan tortib samolyot yoki raketa qismlarigacha bo'lgan hamma narsani qanday yasashimizni o'zgartirishi mumkin.

Tadqiqot rahbari Jordan Noronha titan panjara kubini ushlab turadi. Tasvir krediti: RMIT universiteti

RMIT universiteti tadqiqotchilari yangi metamaterialni yaratdilar - bu atama tabiatda kuzatilmagan noyob xususiyatlarga ega sun'iy materialni - umumiy titan qotishmasidan.

Ammo yaqinda Advanced Materials jurnalida e'lon qilingan materialning o'ziga xos panjara strukturasi dizayni uni oddiy holga keltiradi: sinovlar shuni ko'rsatadiki, u aerokosmik ilovalarda ishlatiladigan shunga o'xshash zichlikdagi keyingi eng kuchli qotishmadan 50% kuchliroqdir.

Tabiat dizaynini takomillashtirish

Bo'shliq tirgaklardan yasalgan panjara konstruktsiyalari dastlab tabiatdan ilhomlangan: Viktoriya suv nilufari yoki qattiq organ trubkasi marjoni (Tubipora musica) kabi kuchli ichi bo'sh poyali o'simliklar bizga engillik va kuchni birlashtirish yo'lini ko'rsatdi.

Biroq, RMITning taniqli professori Ma Qian tushuntirganidek, o'nlab yillar davomida bu ichi bo'sh "hujayra tuzilmalarini" metallarda takrorlashga urinishlar ishlab chiqarish qobiliyati va ichi bo'sh tirgaklarning ichki qismlarida to'plangan yuk stressi bilan bog'liq umumiy muammolar tufayli xafa bo'lib, erta ishdan chiqishga olib keldi.

"Ideal holda, barcha murakkab uyali materiallardagi stress teng ravishda tarqalishi kerak", deb tushuntirdi Qian.

"Biroq, ko'pgina topologiyalar uchun materialning yarmidan kamrog'i asosan bosim yukini ko'tarishi odatiy holdir, katta hajmdagi material esa tizimli ravishda ahamiyatsizdir."

Metall 3D bosib chiqarish ushbu muammolarga misli ko'rilmagan innovatsion echimlarni taqdim etadi.

RMIT jamoasi 3D bosib chiqarish dizaynini o'z chegaralariga ko'tarish orqali stressni yanada tengroq taqsimlash, uning mustahkamligini yoki strukturaviy samaradorligini oshirish uchun yangi turdagi panjara tuzilishini optimallashtirdi.

"Biz ichi bo'sh quvurli panjara konstruktsiyasini loyihalashtirdik, uning ichida yupqa tarmoqli bo'ladi. Bu ikki element birgalikda tabiatda ilgari hech qachon birga ko'rilmagan kuch va yengillikni ko'rsatadi", dedi Qian.

"Stressni teng taqsimlash uchun ikkita qo'shimcha panjarali tuzilmalarni samarali birlashtirib, biz stress odatda to'planadigan zaif nuqtalardan qochamiz."

Lazer quvvati

3D jamoasi ushbu dizaynni RMIT’ning ilg‘or ishlab chiqarish uchastkasida lazerli kukunli qatlam termoyadroviy deb ataladigan jarayon yordamida chop etdi, bu erda metall kukun qatlamlari yuqori quvvatli lazer nurlari yordamida eritiladi.

Sinov shuni ko'rsatdiki, bosilgan dizayn - titanli panjara kubi - aerokosmik ilovalarda ishlatiladigan shunga o'xshash zichlikdagi eng kuchli qotishma bo'lgan WE54 quyma magniy qotishmasidan 50% kuchliroq edi. Yangi tuzilma panjaraning zaif nuqtalarida to'plangan stress miqdorini samarali ravishda ikki baravar kamaytirdi.

Ikkita panjarali dizayn, shuningdek, har qanday yoriqlar struktura bo'ylab egilib, mustahkamlikni yanada oshiradi.

Tadqiqot bosh muallifi va RMIT PhD nomzodi Jordan Noronxa, ular turli turdagi printerlar yordamida bu tuzilmani bir necha millimetr yoki bir necha metr o‘lchamda yasashlari mumkinligini aytdi.

Ushbu bosib chiqarish quvvati, biologik muvofiqligi, korroziyaga chidamliligi va issiqlikka chidamliligi bilan birga suyak implantlari kabi tibbiy asboblardan samolyot yoki raketa qismlariga qadar ko'plab ilovalar uchun istiqbolli nomzodga aylantiradi.

"Hozirda yuqori quvvat va yengillikni talab qiluvchi tijorat maqsadlarida qo'llaniladigan eng kuchli quyma magniy qotishmasi bilan solishtirganda, bizning solishtirma zichlikka ega titanium metamaterialimiz ancha kuchliroq yoki siqilgan yuk ostida doimiy shakl o'zgarishiga kamroq sezgir ekanligi ko'rsatildi. ishlab chiqarish, - dedi Noronha.

Jamoa maksimal samaradorlik uchun materialni yanada takomillashtirishni va yuqori haroratli muhitda ilovalarni o'rganishni rejalashtirmoqda.

Hozirda 350 gradusgacha bo'lgan haroratga chidamli bo'lsa-da, ular aerokosmik yoki o't o'chirish dronlarida qo'llash uchun ko'proq issiqlikka chidamli titanium qotishmalari yordamida 600 darajagacha bo'lgan haroratlarga bardosh berishi mumkinligiga ishonishadi.

Ushbu yangi materialni ishlab chiqarish texnologiyasi hali keng tarqalmaganligi sababli, uni sanoat tomonidan qabul qilish biroz vaqt talab qilishi mumkin.

"Ushbu murakkab metall metamateriallarni ishlab chiqarish uchun an'anaviy ishlab chiqarish jarayonlari amaliy emas va hamma ham o'z omborida lazer kukuni termoyadroviy mashinasiga ega emas", dedi u.

"Biroq, texnologiya rivojlanib borgan sari, undan foydalanish mumkin bo'ladi va bosib chiqarish jarayoni ancha tezlashadi, bu esa ko'proq auditoriyaga yuqori quvvatli ko'p topologiyali metamateriallarimizni o'z komponentlarida amalga oshirish imkonini beradi. Muhimi, metall 3D bosib chiqarish oson to'r shaklini ishlab chiqarish imkonini beradi. haqiqiy ilovalar uchun."

RMITning ilg'or ishlab chiqarish uchastkasining texnik direktori, taniqli professor Milan Brandtning aytishicha, jamoa ko'plab potentsial ilovalar bo'yicha hamkorlik qilishni xohlaydigan kompaniyalarni mamnuniyat bilan qabul qiladi.

“Bizning yondashuvimiz muammolarni aniqlash va hamkorlikda loyihalash, bilim almashish, ishga asoslangan ta’lim, tanqidiy muammolarni hal qilish va tadqiqotlarni tarjima qilish orqali imkoniyatlar yaratishdir”, dedi u.