Naukowcy z Brown School of Engineering z Rice University wydrukowali 3D lekkie konstrukcje z tworzywa sztucznego o twardości podobnej do diamentu.
W imponującym eksperymencie, zespół strzelił pociskami w sześcienne struktury wydrukowane w 3D, z niemal zerowym skutkiem.
Jak naukowcy stworzyli kuloodporne plastikowe kostki? Odpowiedzią są tubulany, które są teoretycznymi strukturami usieciowanych nanorurek węglowych. Przewiduje się, że struktury te będą miały niewiarygodną siłę, a zespół badawczy był zainteresowany zbadaniem, w jaki sposób można je zastosować w świecie fizycznym za pomocą polimerów.
Pulickel Ajayan, badacz materiałów, odkrył, że chociaż prawdziwe tubulany nie zostały jeszcze wyprodukowane, można je odtworzyć w powiększonej formie za pomocą druku 3D i materiałów polimerowych. Główny autor badań Seyed Mohammad Sajadi i jego koledzy wygenerowali symulacje komputerowe bloków tubulanu, przeskalowali je i wydrukowali w 3D przy użyciu materiałów polimerowych.
Następnie naukowcy porównali struktury drukowane 3D z blokami wykonanymi w całości z tego samego materiału (bez porowatych geometrii), przeprowadzając szereg testów. We wszystkich testach – które obejmowały ich zmiażdżenie i wystrzelenie w nie kul – wydrukowane w 3D bloki inspirowane tubulanem działały znacznie lepiej.
W teście pocisku, w którym pociski wystrzeliwano z prędkością 5,8 km na sekundę, wydrukowany blok 3D był 10 razy lepszy w zatrzymywaniu pocisku niż bryła wykonana z tego samego plastiku. „Kula utknęła w drugiej warstwie konstrukcji” – powiedział Sajadi. „Ale w solidnym bloku pęknięcia rozprzestrzeniły się w całej strukturze.”
Testy laboratoryjne przeprowadzone przez naukowców (widoczne na poniższym filmie) wykazały również, w jaki sposób drukowana siatka 3D zapada się bez pękania, podczas gdy bryła stała się podatna na pękanie. Wyniki tych testów pokazują potencjał struktur drukarskich dowolnej wielkości o dostrajalnych właściwościach mechanicznych i niezwykłej wytrzymałości. W dziedzinie inżynierii materiałowej badania są ekscytującym krokiem w kierunku produkcji rzeczywistych tubulanów.
„Istnieje wiele systemów teoretycznych, których ludzie nie są w stanie zsyntetyzować” – wyjaśnił Sajadi. „Pozostali niepraktyczni i nieuchwytni. Ale dzięki drukowi 3D nadal możemy korzystać z przewidywanych właściwości mechanicznych, ponieważ są one wynikiem topologii, a nie rozmiaru. ”
„Unikalne właściwości takich struktur wynikają z ich złożonej topologii, która jest niezależna od skali”, dodał absolwent Rice Chandra Sekhar Tiwary, główny badacz projektu i adiunkt w Indian Institute of Technology, Kharagpur. „Wzmocnienie kontrolowane topologicznie lub poprawiające nośność może być przydatne również w przypadku innych konstrukcji.”
W różnych branżach, w których stosuje się produkcję addytywną, istnieje duże zainteresowanie potencjałem metamateriałów lub sieci wewnętrznych. Wykorzystując wytrzymałość struktur tubulanowych przy użyciu AM, można zaprojektować nowe struktury do drukowania wykonane z metalu, ceramiki lub tworzyw sztucznych w różnych sektorach.
Szczególnie interesującym przemysłem dla drukowanych struktur tubulanowych jest ropa i gaz, które mogłyby skorzystać z wytrzymałości materiałów do budowy studni, która wymaga ekstremalnej odporności na uderzenia.
Źródło: https://www.3dprintingmedia.network/
